Тема занятия
Устройство и назначение передач «винт-гайка»
Во многих приводах машин и оборудования используется преобразование вращательного движения в поступательное. Это относится к таким распространенным приводам, как приводы подач станков и роботов, измерительных машин, сканирующих столиков, регулировки клапанов и задвижек и т.д. Требуемые линейные перемещения – от миллиметров до десятков метров, усилия – от единиц ньютонов до тысяч килоньютонов. Допуски на кинематические погрешности могут выражаться единицами микрометров, а требуемая разрешающая способность шагового привода ограничиваться сотыми долями микрометров.
Для преобразования вращательного движения в поступательное наиболее широко используются передачи винт – гайка. Передачи винт – гайка являются изделиями общемашиностроительного применения, и их качество непосредственно сказывается на качестве машин и оборудования, в состав которых они входят.
Передача винт-гайка (рис. 1) состоит из винта 1 и гайки 2, соприкасающихся винтовыми поверхностями.
Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное (при больших углах подъема винтовой линии, порядка 
>12°). При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает поступательное перемещение винта, или вращение закрепленного от осевых перемещений винта приводит к поступательному перемещению гайки. Когда угол подъема больше угла трения, эту передачу можно использовать для преобразования поступательного движения во вращательное.
Рис. 1. Передача винт-гайка
Различают два типа передач винт-гайка:
- передачи трения скольжения или винтовые пары трения скольжения (рис. 1-3);
- передачи трения качения или шариковинтовые пары (рис. 4) Ведущим элементом в передаче, как правило, является винт, ведомым - гайка. В передачах винт-гайка качения на винте и в гайке выполнены винтовые канавки (резьба) полукруглого профиля, служащие дорожками качения для шариков.
Конструктивно передача винт-гайка может быть выполнена:
- передачи с вращающимся винтом и ведомой, поступательно перемещающейся гайкой (наиболее распространенное исполнение) (см.рис.1). Такая схема обычно используется в силовых передачах при больших перемещениях (например, роботы, механизмы изменения стреловидности крыла);
- с вращающимся и одновременно поступательно перемещающимся винтом при неподвижной гайке (простые домкраты) (см. рис. 2);
Рис. 2. Винтовой домкрат: 1 —винт; 2 — гайка; 3 —стопорный
винт; 4 — рукоятка; 5 — чашка домкрата; 6— шип, 7 — корпус
- передачи с вращающейся гайкой и ведомым поступательно перемещающимся винтом. Такие передачи применяются при небольших перемещениях и значительных осевых нагрузках (например, в механизмах управления стабилизаторами летательных аппаратов)(см. рис. 3).
Рис. 3. Передача винт-гайка: 1 — гайка; 2 — винт
- дифференциальная винтовая передача, которая состоит из винта с двумя участками резьбы разных шагов (Р1 и Р2), но одного направления (см.рис.3.3). При вращении винта 1 гайка 2 совершает два поступательных движения: относительно винта 1 и вместе с винтом 1 относительно стойки 3.
Полное поступательное перемещение гайки 2 относительно стойки 3 пропорционально разности шагов (Р1 – Р2).
Следовательно, дифференциальная передача винт-гайка обеспечивает малые линейные перемещения.
Рис.3.3. Схема винтовой дифференциальной передачи
- интегральная винтовая передача. Она устроена аналогично дифференциальной, но имеет различные направления резьбы на участках винта. Здесь осевое перемещение гайки относительно стойки пропорционально сумме шагов (Р1 + Р2).
При небольшом угле поворота винта интегральная передача обеспечивает увеличение осевого перемещения гайки.
- несоосная винтовая передача (рис.3.4). Она состоит из винта 1, гайки 2, свободно вращающейся в подшипниках 3, нагружение кольца которых установлены в корпусе 4. Корпус 4 в осевом направлении перемещается вместе с гайкой 2.
Рис.3.4. Интегральная винтовая передача
В зависимости от назначения передачи винты бывают:
- грузовые, применяемые для создания больших осевых сил. При знакопеременной нагрузке имеют трапецеидальную резьбу, при большой односторонней нагрузке — упорную. Гайки грузовых винтов цельные. В домкратах (рис. 2) для большего выигрыша в силе и обеспечения самоторможения применяют однозаходную резьбу с малым углом подъема;
- ходовые, применяемые для перемещений в механизмах подачи. Для снижения потерь на трение применяют преимущественно трапецеидальную многозаходную резьбу.
- установочные, применяемые для точных перемещений и регулировок. Имеют метрическую резьбу. Для обеспечения безлюфтовой передачи гайки делают сдвоенными.
Большое внимание в винтовых передачах, применяемых в металлорежущих станках и приборах, уделяют устранению мертвого хода, возникающего при изменении направления движения. Наличие мертвого хода объясняется зазором в резьбе вследствие неизбежных ошибок при изготовлении и износа в течение эксплуатации. Для устранения мертвого хода винтовые механизмы снабжают специальными устройствами. При этом различают два способа выборки зазора в резьбе - осевое, применяемое для трапециедальных резьб и радиальное смещение гайки - для треугольных резьб. Первый способ достигается установкой двух раздвигаемых гаек, например, пружиной, второй - разрезной гайки, втягиваемой цанговым зажимом.
Основные показатели качества передач винт – гайка как составной части привода:
а) диапазон выбора передаточного отношения;
б) предельная частота вращения винта;
в) статическая грузоподъемность;
г) динамическая грузоподъемность и долговечность;
д) приведенный момент инерции;
е) жесткость;
ж) кинематическая точность;
з) силы трения и КПД.
Достоинства и недостатки передачи “винт-гайка”
Достоинства и недостатки передачи винт-гайка скольжения
Основные достоинства:
1.возможность получения большого выигрыша в силе;
2. высокая точность перемещения и возможность получения медленного движения;
3. плавность и бесшумность работы;
4. большая несущая способность при малых габаритных размерах;
5. простота конструкции.
Недостатки передач винт-гайка скольжения:
1.большие потери на трение и низкий КПД;
2. затруднительность применения при больших частотах вращения.