Кулькогвинтовий механізм

Реферат: Кулькогвинтовий механізм, що містить гвинт і гайку, на яких виконані гвинтові канавки, що мають в нормальному поперечному перерізі форму дуги кола, призначені бути доріжками кочення для кульок, розміщених між канавками гвинта і гайки, в якому за рахунок співвідношення діаметрів по дну канавок на гвинті і гайці, розміру кульок і радіусів канавок забезпечуються певні радіальний і осьовий зазори і кут тиску в навантаженому механізмі, причому діаметри по дну канавок на гайці і гвинті відповідно збільшені і зменшені настільки, що кут тиску досягає величини 70-75°, а глибина канавок збільшена настільки, що кут напіврозхилу канавок досягає величини 80-84°. UA 118729 U (54) КУЛЬКОГВИНТОВИЙ МЕХАНІЗМ UA 118729 U UA 118729 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до кулькогвинтових механізмів, призначених для перетворення обертального руху в поступальний і навпаки. Може бути використана в різних галузях народного господарства в складі силових приводів. Відомий кульковий механізм, в якому використовується прямолінійний профіль різьби гвинта та гайки [1]. Прямолінійний профіль (трикутний, трапецієподібний) є найбільш технологічним, але значно поступається криволінійному по вантажопідйомності. Це пояснюється тим, що допустиме навантаження на кульку, що знаходиться в жолобі з профілем у вигляді дуги кола, більш ніж в три рази вище допустимого навантаження на кульку, що лежить на плоскій поверхні трапецієподібного або трикутного профілю. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, є кулькогвинтовий механізм, що містить гвинт і гайку, на яких виконані гвинтові канавки, які мають в нормальному поперечному перерізі форму дуги кола, призначені бути доріжками кочення для кульок, розміщених між канавками гвинта і гайки, в якому за рахунок співвідношення діаметрів по дну канавок на гвинті і гайці, розміру кульок і радіусів канавок забезпечуються певні радіальний і осьовий зазори і кут тиску 45° в працюючому механізмі [2]. Практично в більшості серійно реалізованих кулькогвинтових механізмів вітчизняного та зарубіжного виробництва кут тиску k  45 . В роботі [3] відзначається, що при  k не більше 75° статична і динамічна міцність гребеня канавки повністю задовільна. Тому доцільно збільшити кут тиску до 75°. Відомо, що навантаження на кульку Fш обернено пропорційне sin кута тиску  k [4], тобто, при збільшенні кута тиску навантаження на кульку зменшується. Зменшення ж навантаження на кульку сприяє зменшенню контактних напружень і, отже, збільшенню довговічності L за умови заданого навантаження або вантажопідйомності P за умови визначеної довговічності. Наприклад, така ж залежність спостерігається і в радіально-упорних кулькових підшипниках [5]. При збільшенні кута тиску з 12° до 36° осьова вантажопідйомність зростає в 2,85 рази. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення вантажопідйомності кулькогвинтового механізму за умови визначеної довговічності або довговічності за умови заданого навантаження за рахунок збільшення кута тиску шляхом зміни співвідношення геометричних розмірів канавок на гвинті і гайці без зміни технології виготовлення. Поставлена задача вирішується тим, що в кулькогвинтовому механізмі, що містить гвинт і гайку, на яких виконані гвинтові канавки, що мають в нормальному поперечному перерізі форму дуги кола, призначені бути доріжками кочення для кульок, розміщених між канавками гвинта і гайки, в якому за рахунок співвідношення діаметрів по дну канавок на гвинті і гайці, розміру кульок і радіусів канавок забезпечуються певні радіальний і осьовий зазори і кут тиску в навантаженому механізмі, діаметри по дну канавок на гайці і гвинті відповідно збільшені і зменшені настільки, що кут тиску досягає величини 70-75°, а глибина канавок збільшена настільки, що кут напіврозхилу канавок досягає величини 80-84°, для чого розміри елементів конструкції визначаються зі співвідношень:   2R  2r  dш 1  cos k  - радіальний зазор в ланцюзі гвинт-гайка-кулька; D  d0  dш   2 - діаметр по дну канавки гайки; d  d0  dш   2 - діаметр по дну канавки гвинта; d1  d0  0.5 - зовнішній діаметр гвинта; D1  d0  0.5 - внутрішній діаметр гайки; dk  d  2r 1  cos k  - діаметр розташування точки контакту кульки з канавкою гвинта; 45 Dk  D  2R1  cos k  - діаметр розташування точки контакту кульки з канавкою гайки; 50 D  D1 2 - кут напіврозхилу канавки гайки; d1  d arccos В  1  2 - кут напіврозхилу канавки гвинта; d1  d - глибина канавки на гвинті; hВ  2 D  D1 hГ  2 - глибина канавки на гайці; D1  d1  2 - радіальний зазорміж гвинтом і гайкою; arccos Г  1  1 UA 118729 U C R  r  dш  - осьовий зазор, де  k - кут тиску (70-75°); d0 - діаметр розташування центрів кульок (номінальний діаметр механізму); 5 10 15 dш - діаметр кульок; R - радіус профілю канавки гайки; r - радіус профілю канавки гвинта. Сутність пропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 в поздовжньому розрізі показано відносне положення кульки, бігових доріжок гвинта та гайки в навантаженій передачі з утворенням кута тиску  k ; на Фіг. 2 - профілі та розміри канавок бігових доріжок гвинта і гайки. Кулькогвинтовий механізм містить гвинт 1, гайку 2, кульки 3, які розташовуються в гвинтових канавках 4, 5, виконаних відповідно на гвинті 1 і гайці 2. Канавки 4, 5 мають в нормальному перетині форму дуги кола радіусами r і R відповідно. Розміри канавок гвинта і гайки підібрані так, що в навантаженому механізмі (при наявності зовнішнього осьового навантаження) встановлюється кут тиску k  70  75 . Розміри всіх інших елементів конструкції, які беруть участь при цьому, визначаються за формулами, наведеними вище. У таблиці представлені результати розрахунку геометричних параметрів гвинта, гайки, канавок, а також навантаження на кульку Fш , вантажопідйомності P і довговічності L для різних значень кута тиску  k 20 в навантаженій передачі на прикладі передачі d0  p  63  10 з номінальним діаметром d0  63 мм і кроком p  10 мм. Для порівняння наведені розміри такого ж серійно виготовленого кулькогвинтового механізму з кутом k  45 [6, 7]. При k  45 маємо d  56.93  0.013 мм, r  3.120.015 мм, D1  63.9 0.1 мм, D  69.07  0.013 25 мм, R  3.120.015 мм, dш  6  0.005 мм. Як видно з таблиці при k  70;75 навантаження на кульку становить 75 і 73 % відповідно від навантаження при k  45 , що призводить до підвищення довговічності L в 2,347 і 2,549 рази або до підвищення вантажопідйомності P в 1,329 і 1,365 рази відповідно. Аналізуючи різницю Г(В)  k , видно, що з урахуванням розмірів плями контакту кульки з жолобами гвинта і 30 35 40 гайки і їх технологічним заокругленням кути тиску k  80;85 не можуть бути реалізовані. Кульковий механізм працює наступним чином. При навантаженні зібраного кулькогвинтового механізму зовнішнім осьовим навантаженням (на Фіг. не відображено) відбувається взаємне осьове зміщення гайки і гвинта до вибірки осьового зазору С. При цьому кульки встановлюються на діаметрі d0 та контактують з біговими доріжками канавок гвинта і гайки під кутом  k , передаючи під цим кутом навантаження від гайки до гвинта або навпаки, в залежності від того, хто з них є провідною, а хто веденою ланкою в кулькогвинтовому механізмі. Запропоновані зміни співвідношення геометричних розмірів елементів кулькогвинтового механізму призводять до істотного збільшення кута тиску вантажопідйомності і довговічності в порівнянні з відомими на даний час конструкціями кулькогвинтових механізмів вітчизняного та зарубіжного виконання з k  45 , що виготовляються серійно. Запропоновані зміни не викликають ніяких технологічних труднощів, не вимагають зміни відпрацьованих технологічних процесів виготовлення деталей, тобто є технологічними. 2 UA 118729 U Таблиця Залежність геометричних параметрів, навантаження на кульку Fш , вантажопідйомності P і довговічності L від кута тиску 45° 3,12 3,12 6 70° 3,12 3,12 6 75° 3,12 3,12 6 80° 3,12 3,12 6 85° 3,12 3,12 6 d , мм 0,140 69,07 56,93 0,315 69,157 56,842 0,355 69,177 56,822 0,3966 69,198 56,801 0,438 69,219 56,781 d1 , мм 61,2 62,5 62,5 62,5 62,5 D1 , мм 63,9 63,5 63,5 63,5 63,5 Г , град. 80,126 84,64 84,82 85,01 85,21 В , град. 71,596 84,65 84,83 85,02 85,21 hВ , мм 2,135 2,829 2,839 2,849 2,859 hГ , мм  , мм 2,585 2,829 2,839 2,849 2,859 k R , мм r , мм dш , мм  , мм D , мм 0,5 1 0,752 0,732 0,718 0,709 1 1,3289 1,366 1,392 1,4088 1 2,347 2,549 2,701 2,796 0,183 0,275 0,292 0,308 0,324 Г  k 35,126 14,64 9,82 5,01 0,21 В  k 20 0,5 C , мм 15 0,5 L(  k ) L(  k  45) 10 0,5 P(  k ) P(  k  45) 5 1,35 Fш (  k ) Fш (  k  45) 26,596 14,65 9,83 5,02 0,21 Джерела інформації: 1. Основы расчета и конструирования деталей и механизмов летательных аппаратов: учеб. пособие для вузов /Н.А. Алексеева, В.Н. Бонг-Осмоловский, В.В. В и др.; Под ред. В.Н. Кестельмана, Г.И. Рощина. – М.: Машиностроение, 1989. - С. 189, рис. 11.6 г, д. 2. Павлов Б.И. Шариковинтовые механизмы в приборостроении. Ленинград. Изд-во "Машиностроение", 1968. - С. 64, табл. 7. 3. Пясик И.Б. Шариковинтовые механизмы - М.: Машгиз, 1962. - с. 46. 4. Веселов Р.С. Детали и механизмы роботов: Основы расчета, конструирования и технологии производства: /Р.С. Веселков, Т.Н. Гонтаровская, В.П. Гонтаровский и др.; Под ред. Б.Б. Самотокина - К.: Вища шк., 1990. - ч. 120, формула (2.209). 5. Бейзельман Р.Д. Подшипники качения /Р.Д. Бейзельман, Б.В. Цыпкин, Л.Я. Перель. - М.: Машиностроение, 1975. - 572 с. 6. СТП 2-0222337-345-85. Детали передачи винт-гайка качения, конструкция и исполнительные размеры. - Взамен СТП 345-77. Дата введения 1985-07-26. - Д.: КБЮ, 1985. 71 с. Прототип. 7. Шариковые винтовые механизмы ОМВ с предварительным натягом. ОАО "Микрон" [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.engineercatalogues.narod.ru/html/ball_screws.html-21 с. - Заголовок з екрана. 25 3 UA 118729 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Кулькогвинтовий механізм, що містить гвинт і гайку, на яких виконані гвинтові канавки, що мають в нормальному поперечному перерізі форму дуги кола, призначені бути доріжками кочення для кульок, розміщених між канавками гвинта і гайки, в якому за рахунок співвідношення діаметрів по дну канавок на гвинті і гайці, розміру кульок і радіусів канавок забезпечуються певні радіальний і осьовий зазори і кут тиску в навантаженому механізмі, який відрізняється тим, що діаметри по дну канавок на гайці і гвинті відповідно збільшені і зменшені настільки, що кут тиску досягає величини 70-75°, а глибина канавок збільшена настільки, що кут напіврозхилу канавок досягає величини 80-84°, для чого розміри елементів конструкції визначаються зі співвідношень:   2R  2r  dш 1  cos k  - радіальний зазор в ланцюзі гвинт-гайка-кулька; D  d0  dш   2 - діаметр по дну канавки гайки; d  d0  dш   2 - діаметр по дну канавки гвинта; 15 d1  d0  0,5 - зовнішній діаметр гвинта; D1  d0  0,5 - внутрішній діаметр гайки; dk  d  2r 1  cos k  - діаметр розташування точки контакту кульки з канавкою гвинта; Dk  D  2R1 cos k  - діаметр розташування точки контакту кульки з канавкою гайки; D  D1 - кут напіврозхилу канавки гайки; 2 d d arccos В  1  1 - кут напіврозхилу канавки гвинта; 2 d d hВ  1 - глибина канавки на гвинті; 2 D  D1 hГ  - глибина канавки на гайці; 2 D d   1 1 - радіальний зазор між гвинтом і гайкою; 2 arccos Г  1  20 C 25 R  r  dш  - осьовий зазор, де  k - кут тиску (70-75°); d0 - діаметр розташування центрів кульок (номінальний діаметр механізму); dш - діаметр кульок; R - радіус профілю канавки гайки; r - радіус профілю канавки гвинта. 30 4 UA 118729 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5