Ходовой винт

редактировать
Три типа винтовой резьбы, используемой в ходовых винтах:. 3 и 4: контрфорс с резьбой. 5: круглая резьба. 6: квадратная резьба DVD-привод с ходовым винтом и шаговым двигателем. дисковод гибких дисков с ходовым винтом и шаговым двигателем.

A ходовой винт (или ходовой винт ), также известный как силовой винт или винт с перемещением, является винтом, используемым в качестве рычажного механизма в машине для преобразования поворотного движения в поступательное движение. Из-за большой площади скользящего контакта между их охватываемым и охватывающим элементом элементами винтовая резьба имеет большие потери энергии на трение по сравнению с другими связями. Обычно они не используются для передачи большой мощности, а больше для периодического использования в механизмах привода и позиционера малой мощности. Ходовые винты обычно используются в линейных приводах, машинных суппортах (например, в станках ), тисках, прессах и домкраты. Ходовые винты - распространенный компонент электрических линейных приводов.

Ходовые винты изготавливаются так же, как и другие формы резьбы (они могут быть накатанными, нарезанными или шлифованными ).

Ходовой винт иногда используется с разрезной гайкой, также называемой половинной гайкой, которая позволяет гайке отсоединяться от резьбы и перемещаться в осевом направлении, независимо от вращения винта, когда это необходимо (например, как в одноточечная нарезка резьбы на ручном токарном станке). Прорезная гайка также может использоваться для компенсации износа путем сжатия частей гайки.

A гидростатический ходовой винт преодолевает многие недостатки обычного ходового винта, имея высокую точность позиционирования, очень низкое трение и очень низкий износ, но требует непрерывной подачи жидкости под высоким давлением и высокой точности изготовления, что приводит к значительно большей стоимости, чем большинство других соединений с линейным перемещением.

Содержание

  • 1 Типы
    • 1.1 Квадратная резьба
    • 1.2 Резьба Acme / Трапецеидальная резьба
    • 1.3 Стопорная резьба
  • 2 Преимущества и недостатки
  • 3 Альтернативы
  • 4 Механика
    • 4.1 Эффективность
    • 4.2 Ненулевой угол резьбы
    • 4.3 Скорость движения
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
    • 6.1 Библиография
  • 7 Внешние ссылки

Типы

Силовые винты классифицируются по геометрии их резьбы. V-образная резьба менее подходит для ходовых винтов, чем другие, такие как Acme, потому что у них большее трение между резьбами. Их резьба предназначена для создания этого трения и предотвращения ослабления крепежа. С другой стороны, ходовые винты предназначены для минимизации трения. Поэтому в большинстве случаев коммерческого и промышленного использования V-образной резьбы избегают для использования ходового винта. Тем не менее, V-образная резьба иногда успешно используется в качестве ходовых винтов, например, на микролатах и микромельницах.

Квадратная резьба

Квадратная резьба названа в честь их квадратной геометрии. Они являются наиболее эффективными, имеют наименьшее трение, поэтому их часто используют для винтов с высокой мощностью. Но они также являются наиболее сложными для обработки и, следовательно, самыми дорогими.

Резьба Acme / Трапецеидальная резьба

Винт Acme

Резьба Acme имеет угол резьбы 29 ° , который легче обрабатывать, чем квадратную резьбу. Они не так эффективны, как квадратные резьбы, из-за повышенного трения, вызванного углом резьбы. Резьба Acme обычно прочнее, чем резьба квадратного сечения из-за ее трапециевидного профиля резьбы, что обеспечивает большую несущую способность.

Резьба Buttress

Резьба Buttress имеет треугольную форму. Они используются, когда сила нагрузки на винт прикладывается только в одном направлении. В этих случаях они так же эффективны, как и квадратная резьба, но их легче производить.

Преимущества и недостатки

Ходовые винты используются для подъема и опускания передней двери самолета Боинг 747-8F Грузовой самолет.

Преимущества ходового винта:

  • Высокая грузоподъемность
  • Компактность
  • Простота конструкции
  • Простота изготовления; не требуется специального оборудования
  • Большое механическое преимущество
  • Точное и точное линейное перемещение
  • Плавное, бесшумное и неприхотливое обслуживание
  • Минимальное количество деталей
  • Большинство из них являются самоблокирующимися (не могут иметь обратный привод)

Недостатками являются то, что большинство из них не очень эффективны. Из-за низкого КПД их нельзя использовать в системах непрерывной передачи энергии. Они также имеют высокую степень трения о резьбу, что может быстро изнашивать резьбу. Для квадратной резьбы гайку необходимо заменить; для трапецеидальной резьбы разрезная гайка может использоваться для компенсации износа.

Альтернативы

Альтернативы приведению в действие ходовым винтом включают:

Механика

Схема «развернутой» винтовой резьбы

Крутящий момент, необходимый для подъема или опускания груза, можно рассчитать, «развернув» один оборот резьбы. Это проще всего описать для квадратной или контрольной резьбы как угол резьбы равен 0 и не имеет отношения к расчетам. Развернутая резьба образует прямоугольный треугольник с основанием π dm {\ displaystyle \ pi d_ {m}}\ pi d_ {m} длиной и высотой ведущий (на фото справа). нагрузки направлена ​​вниз, нормальная сила перпендикулярна гипотенузе треугольника, сила трения направлена ​​в направлении, противоположном направлению движения (перпендикулярно нормальной силе или вдоль гипотенузы), а мнимое «усилие» «сила действует горизонтально в направлении, противоположном направлению силы трения. Используя эту диаграмму свободного тела, можно вычислить крутящий момент, необходимый для подъема или опускания груза:

T подъем = F dm 2 (l + π μ dm π dm - μ l) = F dm 2 загар ⁡ (ϕ + λ) {\ displaystyle T_ {raise} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {l + \ pi \ mu d_ {m}} {\ pi d_ { m} - \ mu l}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ tan {\ left (\ phi + \ lambda \ right)}}T _ {{raise}} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {l + \ pi \ mu d_ {m}} {\ pi d_ {m} - \ mu l}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ tan {\ left (\ phi + \ lambda \ right)}
T lower = F dm 2 (π μ дм - l π dm + μ l) = F dm 2 загар ⁡ (ϕ - λ) {\ displaystyle T_ {lower} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {\ pi \ mu d_ {m} -l} {\ pi d_ {m} + \ mu l}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ tan {\ left (\ phi - \ lambda \ right)}}T _ {{lower }} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {\ pi \ mu d_ {m} -l} {\ pi d_ {m} + \ mu l}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ tan {\ left (\ phi - \ lambda \ right)}
Коэффициент трения для резьбы ходового винта
Материал винтаМатериал гайки
СтальБронзаЛатуньЧугун
Сталь, сухая0,15–0,250,15–0,230,15–0,190,15–0,25
Сталь, машинное масло0,11–0,170,10–0,160,10–0,150,11–0,17
Бронза0,08–0,120,04–0,06-0,06–0,09

где

  • T = крутящий момент
  • F = l нагрузка на винт
  • dm= средний диаметр
  • μ {\ displaystyle \ mu \,}\ mu \, = коэффициент трения (общие значения указаны в соседней таблице)
  • l = опережение
  • ϕ {\ displaystyle \ phi \,}\ phi \, = угол трения
  • λ {\ displaystyle \ lambda \,}\ lambda \, = угол опережения

на основе T Из нижнего уравнения можно определить, что винт является самоблокирующимся, когда коэффициент трения больше, чем тангенс угла подъема. Эквивалентное сравнение, когда угол трения больше, чем угол опережения (ϕ>λ {\ displaystyle \ phi>\ lambda}\phi>\ lambda ). Когда это не так, винт будет двигаться назад или опускаться под весом

КПД

КПД, рассчитанный с использованием приведенных выше уравнений крутящего момента, составляет:

КПД = T 0 T поднять = F l 2 π T поднять = tan ⁡ λ tan ⁡ ( ϕ + λ) {\ displaystyle {\ t_dv {fficiency}} = {\ frac {T_ {0}} {T_ {raise}}} = {\ frac {Fl} {2 \ pi T_ {raise}}} = { \ frac {\ tan {\ lambda}} {\ tan {\ left (\ phi + \ lambda \ right)}}}{\ t_dv {fficiency}} = {\ frac {T_ {0}} {T _ {{raise}}}} = {\ frac {Fl} {2 \ pi T _ {{raise}}}} = {\ frac { \ tan {\ lambda}} {\ tan {\ left (\ phi + \ lambda \ right)}}}

Ненулевой угол резьбы

Для винтов с углом резьбы кроме нуля, например, трапециевидной резьбы, это необходимо компенсировать, поскольку она увеличивает силы трения. Это учитывается в приведенных ниже уравнениях:

T поднять = F dm 2 (l + π μ dm sec ⁡ α π dm - мкл сек ⁡ α) = F дм 2 (μ сек ⁡ α + загар ⁡ λ 1 - μ сек ⁡ α загар ⁡ λ) {\ displaystyle T_ {raise} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {l + \ pi \ mu d_ {m} \ sec {\ alpha}} {\ pi d_ {m} - \ mu l \ sec {\ alpha}}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {\ mu \ sec {\ alpha} + \ tan {\ lambda}} {1- \ mu \ sec {\ alpha} \ tan {\ lambda}}} \ right)}T _ {{поднять} } = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {l + \ pi \ mu d_ {m} \ sec {\ alpha}} {\ pi d_ {m} - \ mu l \ sec {\ alpha}}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {\ mu \ sec {\ alpha} + \ tan {\ lambda}} {1- \ му \ сек {\ ​​альфа} \ загар {\ лямбда}}} \ справа)
T lower = F dm 2 (π μ dm sec ⁡ α - l π dm + μ l sec ⁡ α) = F dm 2 (μ sec ⁡ α - tan ⁡ λ 1 + μ sec ⁡ α tan ⁡ λ) {\ displaystyle T_ {lower} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {\ pi \ mu d_ {m} \ sec {\ alpha} -l} {\ pi d_ { m} + \ mu l \ sec {\ alpha}}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac {\ mu \ sec {\ alpha} - \ tan { \ lambda}} {1+ \ mu \ sec {\ alpha} \ tan {\ lambda}}} \ right)}T _ {{lower}} = {\ frac {Fd_ {m}} {2}} \ left ({\ frac { \ pi \ mu d_ {m} \ sec {\ alpha} -l} {\ pi d_ {m} + \ mu l \ sec {\ alpha}}} \ right) = {\ frac {Fd_ {m}} { 2}} \ left ({\ frac {\ mu \ sec {\ alpha} - \ tan {\ lambda}} {1+ \ mu \ sec {\ alpha} \ tan {\ lambda}}} \ right)

где α {\ displaystyle \ alpha \,}\ alpha \, - половина угла резьбы.

Если ходовой винт имеет буртик, в котором действует нагрузка, то при расчетах крутящего момента также необходимо учитывать силы трения между поверхностью раздела. Для следующего уравнения предполагается, что нагрузка сосредоточена на среднем диаметре воротника (d c):

T c = F μ cdc 2 {\ displaystyle T_ {c} = {\ frac {F \ mu _ {c} d_ {c }} {2}}}T_ {c} = {\ frac { F \ mu _ {c} d_ {c}} {2}}

где μ c {\ displaystyle \ mu _ {c}}\ mu _ {c} - коэффициент трения между манжетой на нагрузке и d c - средний диаметр втулки. Для втулок, в которых используются упорные подшипники, потери на трение незначительны, и приведенное выше уравнение можно игнорировать.

Эффективность для ненулевых углов резьбы можно записать следующим образом:

η знак равно соз α - μ загар λ соз α + μ детская кроватка λ {\ Displaystyle \ eta = {\ гидроразрыва {соз \ альфа \ - \ му тан \ лямбда} {соз \ альфа \ + \ \ му кроватка \ лямбда}}}{\ displaystyle \ eta = {\ frac {cos \ alpha \ - \ \ mu tan \ лямбда} {cos \ alpha \ + \ \ mu cot \ lambda}}}

Коэффициент трения упорных муфт
Комбинация материаловПуск μ c {\ displaystyle \ mu _ {c}}\ mu _ {c} Рабочий μ c {\ displaystyle \ mu _ {c}}\ mu _ {c}
Мягкая сталь / чугун0,170,12
Закаленная сталь / чугун0,150,09
Мягкая сталь / бронза0,100,08
Закаленная сталь угорь / бронза0,080,06

Скорость движения

Безопасные скорости движения для различных материалов гаек и нагрузок на стальной винт
Материал гайкиБезопасный нагрузки (psi)Безопасные нагрузки (бар)Скорость (фут / мин)Скорость (м / с)
Бронза2,500–3,500 psi170–240 барНизкая скорость
Бронза1600–2 500 psi110–170 бар10 fpm0,05 м / с
Чугун1,800–2,500 psi120–170 бар8 футов в минуту0,04 м / с
Бронза800–1400 фунтов на кв. Дюйм55–97 бар20–40 футов в минуту0,10–0,20 м / с
Чугун600–1000 фунтов на кв. Дюйм41–69 бар20–40 футов в минуту0,10–0,20 м / с
Бронза150–240 psi10–17 бар50 футов в минуту0,25 м / с

Скорость движения ходового винта (или шариковый винт) обычно ограничивается максимум 80% расчетной критической скорости. Критическая скорость - это скорость, которая возбуждает собственную частоту винта. Для стального ходового винта или стальной шарико-винтовой передачи критическая скорость составляет примерно

N = (4,76 × 10 6) dr CL 2 {\ displaystyle N = {(4,76 \ times 10 ^ {6}) d_ {r} C \ over L ^ {2}}}N = {(4,76 \ times 10 ^ {6}) d_ {r} C \ over L ^ {2}}

где

  • N = критическая скорость в об / мин
  • dr= наименьший (корневой) диаметр ходового винта в дюймах
  • L = длина между опорами подшипника в дюймах
  • C = 0,36 для одного конца фиксированного, один конец свободный
  • C = 1,00 для обоих концов простой
  • C = 1,47 для одного фиксированного конца, один конец простой
  • C = 2,23 для обоих концов фиксировано

В качестве альтернативы можно использовать метрические единицы:

N = C dr ∗ 10 7 L 2 {\ displaystyle N = {\ frac {Cd_ {r} * 10 ^ {7}} { L ^ {2}}}}{\ displaystyle N = {\ frac {Cd_ {r} * 10 ^ {7}} {L ^ {2}}}}

, где переменные идентичны указанным выше, но значения указаны в миллиметрах, а значение C имеет следующий вид:

  • C = 3,9 для опор без фиксированных опор
  • C = 12,1 для обоих концов с опорой
  • C = 18,7 для конструкции с фиксированной опорой
  • C = 27,2 для обоих концов с фиксированной опорой

См. Также

Ссылки

Библиография

  • Bhandari, VB (2007), D дизайн машинных элементов, Тата МакГроу-Хилл, ISBN 978-0-07-061141-2.
  • Мартин, Джо (2004), Настольная обработка: базовый подход к изготовлению Мелкие детали на миниатюрных станках, Виста, Калифорния, США: Sherline, Inc., ISBN 978-0-9665433-0-8. Первоначально опубликовано в 1998 г.; содержание обновляется с каждым тиражом, аналогично «исправленному изданию». В настоящее время выходит четвертый тираж.
  • Шигли, Джозеф Э.; Mischke, Charles R.; Будинас, Ричард Гордон (2003), Engineering Engineering Design (7-е изд.), McGraw Hill, ISBN 978-0-07-252036-1.

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-26 04:10:26
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте