Использование современных винтовых механизмов в домкратах

Винтовой механизм

К

атегория:

Машиноведение

Винтовой механизм

Далее: Кривошипно-шатунный механизм

Винтовой механизм обычно имеет три звена: неподвижную стойку, винт и гайку. В зависимости от того, как соединяются между собой эти звенья, образуются различные кинематические пары:

1. Ведущим звеном является винт, имеющий гладкую шейку, вращающуюся в подшипнике стойки. При этом винт не имеет возможности перемещаться поступательно, т. е. образует со стойкой вращательную пару.

Гайка образует с винтом винтовую пару и может перемещаться поступательно вдоль стойки, но не вращается, т. е. образует со стойкой поступательную пару.

В механизме этого вида вращательное движение винта преобразуется в поступательное движение ползуна, скрепленного с гайкой. При одном обороте винта ползун перемещается поступательно на величину шага винтовой линии. Такое устройство имеют механизмы поперечных и верхних салазок суппорта токарного станка.

2. Ведущим звеном является винт, образующий винтовую пару со стойкой, с которой скреплена неподвижная гайка.

Винт посредством гладкой шейки на конце соединяется с подшипником ползуна и образует с ним вращательную пару. Ползун перемещается поступательно по направляющим стойки (поступатель-

3. Ведущим звеном является гайка, а винт — ведомое звено. Если сообщить гайке вращательное движение, чтобы она не могла перемещаться продольно, то гайка образует вращательную пару со стойкой. При этом винт будет перемещаться поступательно при условии, если он не имеет возможности вращаться.

В механизме этого вида вращательно-поступательное движение винта преобразуется в поступательное движение ползуна. Такой механизм применяется в винтовых прессах и слесарных параллельных тисках.

Рис. 1. Винтовые механизмы, где ведущими звеньями являются: а — неиеремещающийся винт; б — перемещающийся винт.

Рис. 2. Винтовые механизмы, где ведущими звеньями являются: а — перемещающийся винт слесарных тисков; б — гайка.

Таким образом, вращательное движение гайки преобразуется в поступательное движение винта.

Механизм такого вида применяется в винтовых домкратах, в некоторых слесарных параллельных тисках, у которых винт жестко скреплен с подвижной задней губкой (ползуном), а гайка посредством рукоятки вращается в подшипнике стойки.

Рис. 3. Циркуль-измеритель.

Винтовые механизмы используются в самых разнообразных устройствах. Соединением винтов с правой и левой резьбами можно получить стяжные устройства, применяемые при сцеплении вагонов, для натяжения троссов и оттяжек спортивных снарядов, такое же устройство применяется у чертежного циркуля-измерителя.

Винтовые домкраты, так же как и тиски, иногда делают с неподвижной гайкой, скрепленной со стойкой и с поворачивающимся винтом. На конце винта делается упорный диск (чашка), который образует с винтом вращательную пару.

В автомобильных винтовых домкратах часто делают два винта — с правой и левой нарезками. Один из этих винтов (большего диаметра) является основным, а второй (меньший) ввертывается в него. При каждом обороте большого винта груз поднимается на высоту, равную сумме шагов резьбы обоих винтов,

Разновидности винтов

Классификация крепежей может быть проведена по различным основаниям. Их можно разделить на несколько крупных групп в соответствии с принципом работы, формой головки и шлица. Кроме того, существуют и детали узкого назначения для определенных типов операций. К примеру, для тонкого контроля (натяжения, расстояния и т.д.) используется регулировочный винт. Он применяется в разных устройствах от вышивальных пялец до сложных механизмов.

По назначению

Для жесткой фиксации используют установочный (или стопорный) винт, для разъемного соединения – крепежный. Последний имеет головку, которая, с одной стороны, прижимает скрепляемые детали, с другой – облегчает установку и демонтаж. Некоторые из них имеют потайную часть, призванную воспрепятствовать снятию крепежа сторонними лицами. Выпускаются специальные винты для фиксации автомобильных колес, требующие уникального ключа для работы с ними.
Разные типы материалов нуждаются в определенных подготовительных манипуляциях для получения надежных соединений. Если у обоих изделий неплоская поверхность, в точках, где будут находиться винты, ее обрабатывают так, чтобы получить ровные площадки для гайки и головки. Иначе крепеж может перекоситься, что создаст лишнее напряжение в конфигурации и может привести к ломке болта. У тонких изделий следует организовать для резьбы локальные утолщения. Если скрепляемые конструкции отличаются мягкостью, в них рекомендуется сделать под винты плотные втулки. Такие же приспособления, сделанные из изоляционных материалов, хорошо подходят для связывания изделий, имеющих разницу потенциалов. Еще одно решение этой проблемы – использовать винты не из металла.

Установочные изделия используют для фиксации взаимного положения конструкций относительно друг друга. На концах они имеют выпуклости или выемки, обеспечивающие лучшее удерживание в данной позиции. Под эти конфигурации могут создаваться специальные отверстия. Концы крепежей могут иметь форму цилиндра, конуса, сверла, а иногда и более сложное исполнение (к примеру, ступенчатое).

Крепежный

Установочный

По форме головки

Форма головки у крепежей может быть полукруглой (слегка выпуклой) или плоской. Иногда встречаются и круглые головки: такое исполнение не носит функционального назначения и призвано создать привлекательную внешне фурнитуру. Есть конструкции в форме гриба – низкие и имеющие сверху вид сферы.
Можно встретить и винт с потайной головкой. Подобная конфигурация используется также в шурупах. Она имеет форму конуса и уплощенную наружную поверхность. Изделия рассчитаны на такой монтаж, чтобы верхушки утапливались в материал. Есть и полупотайной вариант, отличающийся скругленной вершиной.

Еще одна разновидность – винт с внутренним шестигранником. Резьба у него неполная, а головка имеет форму цилиндра. В ней присутствует шестиугольное углубление, рассчитанное на специальный ключ.

По виду шлицев

Форма у шлица бывает очень разной. Наиболее распространенные варианты:

• Прямой стандартный шлиц, для работы с которым нужна отвертка с клиновидным наконечником. Если такого инструмента рядом нет, в ход может пойти стамеска или нож.
• Шлиц в виде креста.
• «Торкс» с пятью или шестью лучами. Габариты могут варьироваться от 0.1 до 10 см.
• Звезда с 12 лучами, верхушки которых образуют углы в 60 градусов.
• Шлиц Робинсона с квадратными углублениями для закручивания и демонтажа.

Есть и ряд других вариантов конструкций. Один из примеров – антивандальный шлиц, предусматривающий только опцию закручивания. Из-за этой особенности он получил название One Way. Демонтировать его выкручиванием не выйдет: для этого понадобится прорезать или высверливать винт. Еще один тип шлица – бристольский, используемый в изделиях из мягких металлов. Его характеризуют 2 или 3 пары радиальных лучей.

Критерии выбора

На диаметр подбираемого изделия влияет ряд параметров: особенности материалов, конфигурация соединяемых деталей, величина воздействующих нагрузок. Если использовать слишком толстый винт, изделие может повредиться.

Важно правильно выбрать длину: если она будет недостаточной, соединение будет непрочным. Хорошо, если для работ уже разработана проектная документация с ведомостью крепежей. В ней приводятся данные о том, какие винты нужны для соединений.

Для требовательных узлов нужны крепежи из высокопрочных металлов. Если работы ведутся на улице, важно, чтобы винты были стойкими к окислению. В качестве материалов в этом случае подходят кремниевая бронза и стальные сплавы с хромом и никелем.

Простые механизмы.

Винтовые механизмы.

Применяют в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, в приспособлениях механизированного типа, а также в автоматических приспособлениях. Они просты, компактны и надежны в работе.
Винтовые зажимы – самые используемые. К их особенностям следует отнести: большие зажимные усилия при малых исходных; универсальность – для закрепления самых разнообразных деталей; самоторможение – исходное усилие действует только в момент закрепления. К недостаткам следует отнести малую производительность, износ. Применяются в основном в единичном и мелкосерийном производстве.

На показан пример закрепления винтовым зажимом:

Номинальный диаметр винта в мм определяется из соотношения:

где С= 1,4 коэффициент для метрической резьбы;

Q – сила закрепления заготовки, Н;

s — допустимое напряжение растяжения (сжатия) (для винтов из стали 45 — s = 80 – 100 МПа).

Как предупредить самоотвинчивание винта

Самопроизвольное отвинчивание часто возникает вследствие тряски и подобных динамических нагрузок. Для его предотвращения существуют разные методы. Один из примеров – шайбы из упругих материалов, монтируемые под головку или в гайку, а также парные детали вида “NordLock”. В продаже можно встретить винты, оснащаемые такими приспособлениями. Еще один вариант – проволочные замки, соединяющие расположенные по соседству крепежи и препятствующие самоотвинчиванию. Иногда под головки монтируют пружинящие шайбы. Для лучшего сцепления крепежа с деталью можно нанести возле головки немного краски или лака.

Проволочный хомут

Полиамидная шайба

NordLock

Пружинная шайба гровер

История ШВП

Устанавливается подобная конструкция на протяжении длительного периода. Принято считать, что первая шарико-винтовая передача была создана из обычного винта, на котором были зафиксированы несколько гаек. Дальнейшее совершенствованием конструкции проводилось следующим образом:

1. Перераспределение гайки.
2. Смена направления натяга.
3. Снижение погрешности шага.

При производстве основных элементов могут применяться материалы, характеризующие высокой устойчивостью к механическому и другому воздействию. Именно поэтому механизм стал устанавливаться чаще, чем раньше.

Применение ШВП

Только при правильной эксплуатации устройства можно обеспечить его длительную службу. Примером можно назвать чистоту рабочей поверхности, защите рабочего пространства от воздействия окружающей среды. Рекомендуется исключать вероятность попадания на поверхность абразивных элементов и стружки, а также пыли.

Решить большинство проблем можно путем установки гофрированной защиты, которая изготавливается из резины, полимера или кожи. Их установка позволяет исключить вероятность попадания загрязняющих элементов в зону контакта.

Еще один метод заключается в установке компрессорной установки. Она подает отфильтрованный воздух под давлением, за счет чего происходит очищение поверхности от загрязнений. Другими особенностями назовем следующее:

1. Шарико-винтовая передача имеет определенный преднатяг, за счет которого исключается вероятность появления люфта.
2. Отсутствие люфта во многом определяет возможность установки устройства в станках с ЧПУ и другом оборудовании, которое должно работать с высокой точностью.

При выборе наиболее подходящего привода учитываются условия эксплуатации. Шарико-винтовая передача служит намного дольше при обильном добавлении смазывающего вещества, так как на момент эксплуатации возникает трение. Слишком сильное трение становится причиной повышенного износа и температурного расширения металла.

Недостатки шарико-винтовых передач

У рассматриваемого типа привода также есть несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Пара винтовой передачи ШВП характеризуется следующими недостатками:

1. В зависимости от угла установки основного элемента есть вероятность обратного хода шарико-винтовой передачи.
2. Малое трение гайки не блокирует ее при обратном ходе. Другими словами, она может свободного ходить по винту, поэтому предусматривается наличие стопорного элемента.

Рассматриваемое устройство не рекомендуется устанавливаться в случае ручной подачи. Кроме этого, не стоит забывать о высокой стоимости изделия. Именно поэтому в машиностроительной и другой промышленности часто применяют бюджетные варианты исполнения, которые более просты в изготовлении и могут прослужить в течение длительного периода.

Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ

Как ранее было отмечено, довольно часто рассматриваемый привод применяется для обеспечения надежной работы станка ЧПУ. Основными характеристиками можно назвать следующие моменты:

1. Протяженность ходового стержня. Как показывает практика, в большинстве случаев достаточно стержня длиной около 2-х метров. Крайне нежелательно проводить установку варианта исполнения с большой длиной, так как оказываемая нагрузка может стать причиной деформации и снижения основных эксплуатационных характеристик.
2. Линейное скоростное передвижение. При производстве станков с ЧПУ уделяется внимание тому, чтобы основные элементы перемещались с высокой скоростью. За счет этого существенно повышается КПД и скорость обработки, а также расширяется область применения устройства.
3. Наиболее важными параметрами можно назвать диаметр и шаг винта. Именно эти характеристики определяют то, какая нагрузка может оказываться на устройство.
4. При производстве довольно много внимания уделяется точности. Этот показатель может варьировать в диапазоне от С1 до С10.

Двигатель может передавать вращение напрямую или через предохранительные элементы, к примеру, специальные муфты. Они позволяют существенно снизить вероятность появления дефектов.

Преимущества шарико-винтовых передач

Есть довольно большое количество преимуществ, которыми можно охарактеризовать рассматриваемый привод. Наиболее значимыми назовем следующие:

1. Низкий коэффициент трения можно назвать основным преимуществом шарико-винтовой передачи. Этот показатель достигается за счет применения специального материала, а также добавления смазывающего вещества в зону контакта.
2. Высокое значение КПД также является наиболее важным преимуществом, по которому шарико-винтовая передача обходит многие другие конструкции. Примером можно назвать то, что в большинстве случаев показатель составляет 90%, у метрических ходовых винтов он всего 50%.
3. Отсутствие скольжения существенно увеличивает эксплуатационный ресурс шарико-винтового устройства. Подобное явление становится причиной сильного трения, который повышает износ и повышает температуру конструкции.
4. Провести ремонт и обслуживание можно самостоятельно, для этого не требуется специальное оборудование. За счет этого снижается простой оборудования при ремонте, а также выполнении периодической смазки.
5. Более высокая скорость ходового винта существенно расширяет область применения конструкции.
6. Более низкие требования к мощности электрического привода винта.

Все приведенные выше преимущества определяют то, что многие не уделяют внимание стоимости и проводят установку конструкции. При выборе уделяется внимание типу применяемого материала при изготовлении, точности и многим другим моментам.

Системы рециркуляции шариков

Важным конструктивным элементом можно назвать систему рециркуляции шариков. Она характеризуется следующими особенностями:

1. Шарики меняют свое положение в каналах резьбы гайки и специальных беговых дорожках винта. При этом они характеризуются точными размерами. При изготовлении шариков применяется сталь с высоким уровнем износостойкости. В противном случае может появится люфт, который негативно отразится на эксплуатационных качествах шарико-винтовой передачи.
2. Если не использовать специальную систему, то в конце хода шарики просто бы выбегали из конструкции наружу. Именно поэтому при создании конструкции часто используются системы возврата.
3. Внешняя система представлена металлической трубкой, которая соединяет входное и выходное отверстие. Внутренняя система представлена каналами, нарезаемыми вблизи винта.

В последнее время большое распространение получил вариант исполнения, при котором движение шариков закольцовано. За счет этого обеспечиваются наиболее благоприятные условия эксплуатации устройства.

Точность ШВП

В большинстве случаев шарико-винтовая передача устанавливается по причине высокой точности позиционирования обоих элементов. Принцип действия характеризуется следующими особенностями:

1. В большинстве случаев погрешность составляет 1-3 микрона на 300 мм хода. Кроме этого, можно встретить шарико-винтовые устройства с более высокой точностью позиционирования отдельных элементов.
2. Заготовка для получения винта получается при применении технологии механической обработки. Примером можно назвать использование токарного станка ЧПУ, так как он позволяет получить размеры с высокой точностью.
3. После получения требуемой формы проводится закалка и шлифовка поверхности. Первый технологический процесс позволяет существенно повысить твердость поверхности, второй достигнуть высокой точности размеров.

Важным моментом назовем то, что температурная обработка становится причиной существенного изменения основных качеств материала. Именно поэтому финишная обработка в большинстве случаев представлена шлифованием.

Довольно большое распространение сегодня получила технология Hard-whirling. Это технология металлообработки предусматривает минимальный нагрев заготовки, за счет чего существенно повышается точность обработки. В большинстве случаев точность обработки составляет 250 Нм на один сантиметр.

Также может применяться технология фрезерования и шлифования на сверхточном оборудовании. Аналогичное оборудование используется при получении зеркал и линз. В большинстве случаев заготовка представлена инварными сплавами, за счет чего существенно снижается погрешность при производстве.