Винтовая пара механизм¶

Винтовая пара — кинематическая пара, преобразующая вращательное движение в поступательное (или наоборот) при помощи резьбового соединения «винт — гайка». Одна из древнейших и наиболее распространённых механических передач; применяется в станках, прессах, домкратах, измерительных приборах и множстве других механизмов.

¶Основные элементы

Винтовая пара состоит из двух деталей:

• Винт (или шпиндель) — стержень с наружной резьбой;
• Гайка — деталь с внутренней резьбой, навинчиваемая на винт.

Помимо них в состав узла могут входить упорные подшипники, стопорные кольца, уплотнения и приводные элементы (рукоятка, мотор, зубчатая передача).

¶Классификация

По типу резьбы различают:

По назначению винтовые пары делят на передающие (преобразуют характер движения) и силовые (воспринимают значительные осевые усилия — прессы, домкраты). По условиям трения — на подвижные (винт вращается, гайка перемещается) и неподвижные (гайка вращается, винт перемещается).

¶Принцип работы

При вращении винта относительно гайки точка их контакта перемещается по резьбе, и гайка (или винт) смещается вдоль оси на величину, пропорциональную углу поворота. За один полный оборот осевое перемещение равно шагу резьбы p (для двухзаходной резьбы — удвоенному шагу, т.н. ход). Связь:

s = n · p

где s — осевое перемещение, n — число оборотов.

¶Характеристики

• Шаг резьбы p — расстояние между одноимёнными точками соседних витков по образующей.
• Ход l — осевое перемещение гайки за один оборот винта. Для однозаходной резьбы ход равен шагу.
• Передаточное отношение — отношение окружного перемещения точки привода к осевому перемещению гайки; определяет механическое преимущество пары.
• КПД — зависит от трения, угла подъёма резьбы и смазки; у трапецеидальной резьбы достигает 0,4–0,6, у червячной пары может быть ниже 0,5.

¶Самоотормаживание

Важное свойство винтовой пары — самоотормаживание: при определённом угле подъёма резьбы и коэффициенте трения гайка не опускается под действием осевой нагрузки, даже если вращение винта прекращено. Условие самоотормаживания:

tg α ≤ f

где α — угол подъёма резьбы, f — коэффициент трения. Именно на этом основано действие винтовых домкратов, тисков и подъёмных механизмов: нагрузка удерживается без дополнительного стопора.

¶Материалы и изготовление

Винты изготавливают из конструкционных углеродистых и легированных сталей (Ст45, 40Х, 20Х и др.), для ответственных и коррозионно-нагруженных узлов — из нержавеющих и жаропрочных сталей, бронзы, латуни. Гайки чаще выполняют из более мягкого материала, чем винт (например, бронзовые гайки на стальных винтах), чтобы износ сосредоточить в сменной детали.

Резьбу получают нарезкой резцом, фрезерованием, шлифованием, вальцовкой; для мелких и точных резьб применяют ленточные и кольцевые плашки, метчики.

¶Применение

• Станкостроение — ходовые винты металлорежущих станков, обеспечивающие подачу суппорта.
• Прессовое оборудование — кривошипно-винтовые прессы.
• Подъёмные механизмы — домкраты, винтовые подъёмники, винтовые лифты.
• Измерительная техника — микрометры, счётные механизмы.
• Регулировка — винтовые зажимы, тиски, струбцины.
• Червячные редукторы — особый вид винтовой передачи, обеспечивающий большие передаточные отношения.

¶Достоинства и недостатки

Достоинства: высокая точность передачи перемещения, большая сила при малом моменте, самоотормаживание, компактность, возможность получения малых перемещений.

Недостатки: относительно низкий КПД из-за трения, износ резьбы при больших скоростях, нагрев при интенсивной работе, необходимость смазки.

Источники:

• Справочник конструктора-машиностроителя в 3 томах / под ред. Е. А. Пузырёва. — М.: Машиностроение.
• Бондаренко В. А. Детали машин: учебник для вузов.
• Аршинов В. А., Радцевич Г. Б. Детали машин: справочник.
• Чудаков Е. А. Детали машин: курсовое проектирование.