авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Д.С. Блинов ПЛАНЕТАРНЫЕ РОЛИКОВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ Конструкции, методы расчетов Под редакцией д-ра техн. наук, проф. О.А. Ряховского ...»

-- [ Страница 2 ] --

Таким образом, все возможные положения осей роликов и все погрешности изготовления в пределах полей допусков должны увеличивать допуск на изготовление отверстий в сепараторах, а это нежелательно, так как кроме сепараторов ролики разделяются еще и зубчатыми зацеплениями. Поэтому, если зазоры между отверстием сепаратора и шейками будут большими, то возможен перескок ролика в зубчатом зацеплении на один зуб, что приведет к выходу ПРВМ из строя.

Кроме того, сепараторы не позволяют компенсировать смещения осей шеек роликов после обкатки или в результате износа резьбовых поверхностей винта, гайки и роликов. Отсюда актуальна задача по разработке сепараторов, позволяющих производить регулировку зазоров между взаимодействующими поверхностями сепараторов и шеек роликов.

Поставленная задача была решена – разработана конструкция ПРВМ с сепараторами, позволяющими производить регулировку зазоров между взаимодействующими поверхностями сепараторов и шейками роликов, см.

рис. 2.7. На конструкцию указанного сепаратора получен патент РФ [64].

ПРВМ, см. рис. 2.7, состоит из винта 1, резьбовых роликов 2 с шейками «Г», сборной гайки и двух сепараторов. В корпусе 3 гайки с базовыми элементами «Д», предназначенными для соединения с рабочим механизмом, с помощью крышки 4 закреплены полугайки 5, между которыми установлен компенсатор 6. В каждой полугайке 5 закреплены кольца 7 с внутренними зубьями. Сепаратор (рис. 2.7) состоит из колец 8 и 9, каждое из которых имеет соответственно внутреннюю коническую поверхность «Е» и «Ж», шаров 10 и механизма регулировки, который может иметь различные исполнения.

К примеру, см. рис. 2.7, механизм регулировки состоит из трех цилиндрических штифтов 11 и шести винтов 12. Для использования такого механизма регулировки в каждом кольце 8 выполнены шесть отверстий «И»

под винты 12 и три отверстия «К», в которых с минимальным зазором установлены штифты 11. В каждом кольце 9 выполнены шесть резьбовых отверстий «Л», в которые ввинчиваются винты 12 и три отверстия «М», в которых запрессованы штифты 11.

Размеры шаров 10 и колец 8 и 9 выбираются так, см. рис. 2.7, чтобы диаметр окружности D расположения центров шаров был больше диаметра окружности d расположения осей шеек «Г» роликов 2. Кроме того, надо исключить заклинивание шара шейками соседних роликов.

Сепаратор собирается и регулируется следующим образом. В корпус 3 с разных сторон устанавливаются кольца 9 с запрессованными штифтами 11.

Между шейками «Г» соседних роликов 2 устанавливаются шары 10 и затем с каждой стороны устанавливаются кольца 8 так, чтобы в их отверстия «К»

вошли штифты 11. Далее винтами 12 кольца 8 и 9 стягиваются – происходит выборка зазоров между кольцами 8 и 9, шарами 10 и шейками «Г» роликов 2.

Для ограничения перемещения сепараторов вдоль оси винта используются компенсаторные втулки 13 и разжимные кольца 14, которые устанавливаются в пазы «Н», выполненные в корпусе 3 и крышке 4.

Предлагаемая конструкция сепаратора позволяет:

– в сопряжении шейка ролика - сепаратор заменить частично трение скольжение на трение качение, то есть повысить КПД ПРВМ;

– компенсировать погрешности изготовления деталей ПРВМ за счет самоустановки шаров между шейками роликов;

– регулировать зазоры в сепараторе после сборки, обкатки и в результате износа при эксплуатации, что повышает надежность и долговечность ПРВМ;

– исключить замыкание силы, возникающей при регулировке зазоров в резьбовых сопряжениях винта, роликов и полугаек, на сепаратор.

2.4. Разработка способа и конструкций ПРВМ, позволяющих сочетать высокую точность с высоким КПД.

Разработка указанных способа и конструкций ПРВМ производилась в рамках нескольких НИР.

2.4.1.Разработка способа, позволяющего сочетать высокую точность с высоким КПД.

В высокоточных ПРВМ зазоры между сопрягаемыми витками резьбовых деталей выбраны, и между указанными витками действует сжимающая сила преднагрузки, которая даже без рабочей осевой силы значительно снижает КПД. Если зазоры между сопрягаемыми витками деталей не выбраны, то ПРВМ имеет более низкую точность на всем пути, совершаемом гайкой.

Гайка ПРВМ совершает рабочий ход и холостой ход для того, чтобы вернуться в исходное состояние. Рабочий ход и холостой ход образуют полный ход гайки. ПРВМ, в котором не выбраны зазоры между резьбовыми деталями, имеет невысокой КПД под действием рабочей осевой силы на рабочем ходу и высокий КПД на холостом ходу, во время которого нагрузка на механизм не действует. ПРВМ, в котором выбраны зазоры между резьбовыми деталями, имеет низкий КПД под действием силы преднагрузки и рабочей осевой силы на рабочем ходу и невысокий КПД под действием силы преднагрузки на холостом ходу. Таким образом, сила преднагрузки играет положительную роль во время рабочего хода гайки или в конечном положении рабочего хода и отрицательную роль во время холостого хода.

Чаще всего высокую кинематическую точность ПРВМ должен обеспечить в конечном положении рабочего хода. Поэтому, правильно организовав работу высокоточного ПРВМ, в котором есть механизм для выборки зазоров, за полный ход гайки, можно существенно снизить потери на трение и повысить КПД. На части пути гайки включается силовой механизм, с помощью которого осуществляется компенсация зазоров между сопрягаемыми витками винта, роликов и гайки, а на другой части пути гайки указанный силовой механизм выключается, и между резьбовыми деталями ПРВМ образуются первоначальные зазоры, позволяющие снизить потери на трение и интенсивность износа, повысить КПД и долговечность.

Данный способ может иметь ряд разновидностей в зависимости от организации работы ПРВМ.

Первая разновидность способа – силовой механизм включается во время рабочего хода, а во время холостого хода он выключен.

Вторая разновидность способа – силовой механизм включается, когда гайка пройдет только часть рабочего хода, а когда гайка проходит другую часть рабочего хода и во время холостого хода он выключен.

Третья разновидность способа – силовой механизм включается только, когда гайка находится в конечной точке рабочего хода, а когда гайка находится в других точках рабочего хода и на холостом ходу он выключен.

2.4.2. Разработка конструкций ПРВМ, позволяющих сочетать высокую точность с высоким КПД.

Конструкции ПРВМ должны быть высокоточными, в которых возможна выборка зазоров между сопрягаемыми витками винта, роликов и гайки с помощью силового механизма, который должен иметь собственную систему управления, связанную с системой управления работой ПРВМ, и иметь высокое быстродействие.

ПРВМ с электрическим пьезокерамическим силовым механизмом.

В состав сварочного робота, которые используется на автозаводах, входят два модуля с ПРВМ. Обычно в состав модуля входит высокоточный ПРВМ со сборной гайкой, см. рис. 1.14. На рис. 2.8 показан общий вид указанного модуля с модернизированным ПРВМ и система управления, а на рис. 2.9 – осевой разрез ПРВМ, который входит в указанный модуль и снабжен электрическим пьезокерамическим силовым механизмом.

Модернизированный ПРВМ (рис. 2.8) состоит из подрамника 1 с опорными элементами 2 и 3, оснащенными подшипниками качения (на рисунках не Рис. 2.8. Общий вид модуля с модернизированным ПРВМ.

Рис. 2.9. Осевой разрез модернизированного ПРВМ.

показаны),и ограничителями прямого 4 и обратного 5 хода гайки. В опорных элементах 2 и 3 подрамника 1 установлен винт 6 с гайкой 7, имеющей базовые элементы 8, предназначенные для соединения гайки ПРВМ с исполнительным механизмом (на рисунках не показан). Винт 6 соединен с двигателем 9.

Система управления работой модернизированным ПРВМ совместно с системой управления силового механизма, см. рис. 2.8, состоит из шкафа управления 10, который соединен с двигателем 9, ограничителями прямого 4 и обратного 5 хода гайки, датчиком 11 угла поворота винта и датчиком линейного перемещения гайки.

Гайка 7, см. рис. 2.9, представляет собой сборочный узел, состоящий из корпуса 13 с базовыми элементами 8 и крышками 14. В корпусе 13 выполнено отверстие «Б», в середине которого в радиальном направлении к оси гайки выполнен кольцевой уступ 15 с базовыми торцовыми поверхностями «В» и «Г». В отверстии «Б» с двух сторон от кольцевого уступа 15 установлены пьезокерамические кольца 16, а между каждым кольцом и соответствующей крышкой 14 – полугайки 17 и кольца 18, имеющие внутренние зубчатые венцы 19. Для угловой совместной ориентации полугаек 17 и колец 18 с зубчатыми венцами используются направляющие шпонки 20, которые установлены в пазах «Д» полугаек. В корпусе гайки, см. рис. 2.9, между полугайками 17 и винтом 6 в сепараторах 21 установлены ролики 22, каждый из которых имеет на своих торцах шейки 23, входящие в отверстия сепараторов, и наружные зубчатые венцы 24, которые зацепляются с внутренними зубьями 19 колец 18.

Блок питания и управления 25 (рис. 2.9) соединен с пьезокерамическими кольцами 16, а также с системой управления ПРВМ, в частности с ограничителями прямого 4 и обратного 5 хода гайки.

Модернизированный ПРВМ собирается таким образом, чтобы расстояние от базовой торцовой поверхности «В» кольцевого уступа 15 до крышки было больше, чем высота L1 пьезокерамического кольца 16 плюс длина L полугайки 17 плюс длина L3 кольца 18, см. рис. 2.9.

Модернизированный ПРВМ работает следующим образом. Из шкафа управления 10, см. рис.2.8, поступает сигнал на включение двигателя 9 для рабочего перемещения гайки 7. Параллельно из шкафа управления поступает сигнал в блок питания и управления 25, который подает напряжение на пьезокерамические кольца 16. Последние, см. рис. 2.9, расширяются и перемещают полугайки 17 по направлению к соответствующим крышкам 14.

При этом выбираются люфты между витками полугаек 17 и роликов 22 и между витками роликов 22 и винта 6, а, кроме того, создается предварительная сила в местах сопряжения указанных витков гайки, роликов и винта.

Модернизированный ПРВМ точно и жестко перемещает исполнительный механизм. Во время движения гайки на рабочем ходу КПД модернизированного ПРВМ будет относительно низким, а сопрягаемые витки винта, роликов и гайки будут изнашиваться под действием предварительной и рабочего силы.

В конце рабочего хода гайка 7 доходит до ограничителя прямого хода 4 и через шкаф управления 10 и блок питания и управления 25 с пьезокерамических колец снимается электрическое напряжение. Между пьезокерамическими кольцами и полугайками предварительная сила снижается до нуля, и образуется зазор, который перераспределяется между сопрягаемыми витками винта, роликов и гайки. Отсюда на холостом ходу гайка будет перемещаться с высоким КПД. При этом практически не будет износа витков упомянутых деталей.

Часто на практике возможен другой вариант работы модернизированного ПРВМ. Для сварочного робота нужно, чтобы модернизированный ПРВМ переместил точно в нужную точку пространства исполнительный механизм (электрод) и жестко его зафиксировал. В этом случае подавать напряжение на пьезокерамические кольца можно не в начале рабочего хода гайки, а в его конце по сигналу датчика линейного перемещения гайки. В итоге за полный ход гайки (рабочий ход + обратный ход) КПД модернизированного ПРВМ будет еще выше, а износ витков винта, роликов и гайки – еще меньше.

Работу по растяжению-сжатию пьезокерамических колец, имеющих очень большое быстродействие, можно программировать различным образом.

Например, чтобы гайку было легче страгивать с места, нагрузка с пьезокерамических колец на полугайки может быть вибрирующей.

Модернизированная конструкция ПРВМ позволяет работать во время обратного, холостого хода, а в ряде случаев и во время рабочего хода гайки без предварительной нагрузки между сопрягаемыми витками винта, резьбовых роликом и гайки. Отсюда существенно повышается КПД модернизированного ПРВМ по сравнению с ПРВМ, который традиционно используется в сварочных роботах. Кроме того, в модернизированной конструкции ПРВМ существенно менее интенсивно будут изнашиваться сопрягаемые витки резьбовых деталей, а, следовательно, его долговечность будет повышаться.

На модернизированную конструкцию ПРВМ получен патент РФ [65].

ПРВМ с гидравлическим силовым механизмом.

В п. 2.2.1 рассматривались конструкции ПРВМ, в которых выборка зазоров между витками резьбы гайки, роликов и винта осуществляется за счет деформирования гибкой гайки в радиальном направлении.

В качестве конструкций ПРВМ, позволяющих сочетать высокую точность с высоким КПД за счет управления силой преднагрузки, подходят только ПРВМ, гайки которых выполнены в виде «длинных» тонкостенных цилиндрических оболочек, см. рис. 2.4, так как они имеют гидравлический силовой механизм. Данная конструкция ПРВМ позволяет изменять давление в гидропласте и фиксировать его, но не позволяет управлять давлением.

Необходимо модернизировать конструкцию ПРВМ для того, чтобы можно было управлять давлением в гидропласте. Для этого в рассматриваемой конструкции ПРВМ, см. рис. 2.4, необходимо изъять из резьбового отверстия винт 8 с гайкой 9 и в указанном резьбовом отверстии установить с возможностью осевого перемещения поршень, который должен взаимодействовать с плунжером 10. Изменяя силу на поршне, можно регулировать давление в гидропласте. Если давление в гидропласте близко к нулю, то между резьбовыми деталями ПРВП имеются зазоры. В этом случае при движении гайки вдоль оси винта КПД достаточно высокий. Если давление в гидропласте такое, что между резьбовыми деталями ПРВП выбраны зазоры и создана сила преднагрузки, то при движении гайки вдоль оси винта КПД низкий.

2.5. Разработка конструкций ПРВМ с модифицированной резьбой деталей механизмов.

Чтобы исключить кромочные контакты сопрягаемых витков резьбовых деталей ПРВМ, профиль витков роликов выполняется выпуклым. Осевая жесткость такого ПРВМ самая низкая. После сборки ПРВМ, чаще всего, подвергают специальной технологической операции – обкатке (приработке). В результате на профиле витка ролика в средней его части появляется прямолинейный участок длиной LПРЯМ и осевая жесткость ПРВМ увеличивается. В процессе работы ПРВМ из-за износа длина прямолинейный участок LПРЯМ увеличивается и с ростом LПРЯМ повышается осевая жесткость ПРВМ.

Предлагается новая модифицированная резьба всех деталей ПРВМ, в которой длина прямолинейного участка LПРЯМ профилей витков практически не меняется после приработки и в процессе эксплуатации. Рассмотрим сопрягаемые витки гайки и ролика, см. рис. 2.10. Точно также выглядят сопрягаемые витки ролика и винта. Профиль витков модифицированной резьбы выполнен в виде ломаной линии, состоящей из отрезков прямой. При этом контакт между витками сопрягаемых деталей локализован в средней по высоте витков части с реальной рабочей высотой профиля Н1, а длина прямолинейного участка LПРЯМ, по которому профиль одного витка сопрягается с профилем другого витка практически мало будет меняться из-за износа в процессе эксплуатации.

Если сравнить два ПРВМ (традиционный ПРВМ со сборной гайкой, см.

рис. 1.14, и предлагаемый) с одинаковыми типоразмерами и нагрузкой, то в этих конструкциях силы взаимодействия одной пары сопрягаемых витков гайки и ролика, ролика и винта будут одинаковыми. При этом во всех местах, где сопрягаются витки резьбовых деталей, сила взаимодействия и площадь контакта определяют контактную прочность и жесткость ПРВМ в целом. В предлагаемой конструкции ПРВМ площадь контакта будет пропорциональна длине прямолинейного участка LПРЯМ или реальной рабочей высоте профиля Н1 даже без нагрузки, см. рис. 2.10. В традиционном ПРВМ аналогичный размер будет существенно меньшим и будет зависеть от указанной выше силы, так как в данном случае сопрягается выпуклый, радиусный профиль с прямолинейным.

Рис. 2.10. Сопрягаемые витки резьбы гайки и ролика (ролика и винта).

Отсюда предлагаемая конструкция обладает большей контактной жесткостью и прочностью, а, следовательно, и нагрузочной способностью.

Профиль витков предлагаемой резьбы состоит из отрезков прямой, изготовление и контроль которых проще, чем фасонных профилей витков резьбовых роликов в традиционном ПРВМ. Реальная рабочая высота профиля предлагаемой модифицированной резьбы деталей ПРВМ может быть легко изготовлена любой возможной величины, а, как отмечалось выше, этот параметр существенно влияет на контактную жесткость механизма в целом.

Следовательно, можно достаточно просто изготавливать ПРВМ с требуемой жесткостью. На конструкцию ПРВМ с модифицированной резьбой ее деталей получен патент РФ [66].

2.6. Выводы 1. Известные немногочисленные конструкции ПРВМ, кроме неоспоримых достоинств, обладают рядом недостатков, поэтому не могут рационально удовлетворять все, предъявляемые к ним, требования. Отсюда разработка новых конструкций ПРВМ, обладающих новыми свойствами и новыми сочетаниями свойств, является актуальной.

2. Разработан новый способ компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ, основанный на деформировании в радиальном направлении гибкой, тонкостенной гайки, и две конструкции ПРВМ, на которые получены патенты РФ.

3. Разработан новый способ компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ, основанный на специальной установке роликов между винтом и гайкой, и три конструкции ПРВМ, на которые получен патент РФ.

4. Разработана новая конструкция сепаратора ПРВМ, позволяющая производить регулировку зазоров между отверстиями сепаратора и шейками роликов. На конструкцию сепаратора получен патент РФ.

5. Разработан способ, позволяющий сочетать высокую точность ПРВМ, в котором возможна выборка зазоров между резьбовыми деталями, с его высоким КПД, и конструкции ПРВМ, на одну из которых получен патент РФ.

6. Разработана конструкция ПРВМ с модифицированной резьбой ее деталей, на которую получен патент РФ. Разработанная конструкция по сравнению с известными конструкциями ПРВМ обладает большей жесткостью, контактной прочностью, нагрузочной способностью.

Обоснованный выбор размеров модифицированной резьбы деталей разработанной конструкции ПРВМ позволяет изготавливать механизмы с требуемой в возможных пределах осевой жесткостью.

3. ОСОБЕННОСТИ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРВМ, являясь конструктивно сложными, наукоемкими изделиями, обладают целым рядом особенностей, которые будем рассматривать для простоты на примере ПРВМ с цельной гайкой, см. рис. 1.10 и рис. 3.2.

3.1. Основные конструктивные особенности ПРВМ 1-я особенность. При работе ПРВМ, см. рис. 3.1, винт вращается с угловой скоростью В, ролики совершают планетарное движение, а гайка (на рис. 3. не показана) вместе с роликами перемещается вдоль оси винта.

Рис. 3.1. Расчетная схема для кинематического расчета ПРВМ.

При этом все ролики, установленные в двух сепараторах, вращаются вокруг оси винта с угловой скоростью С (переносное движение), и каждый ролик вращается вокруг собственной оси с угловой скоростью Р (относительное движение). Так как каждый ролик дополнительно соединен с гайкой двумя зубчатыми зацеплениями, то все ролики обкатываются по гайке. Таким образом, точка сопряжения ролика и гайки является мгновенным центром скоростей «рV» для ролика, смотри i–тый ролик на рисунке 3.1. Следовательно линейные скорости переносного VР,ПЕР и относительного VР,ОТН движений ролика в этой точке равны по величине и противоположны по направлению.

Чтобы между винтом и роликом ПРВМ в основном реализовывалось трение качение, средние диаметры резьбы винта d В 2, роликов d Р 2 и гайки D Г 2 (рис.

3.2) должны быть связаны между собой следующими зависимостями [67] d Р2 = d В2 / (z Г 2 ) (3.1) D Г2 = z Г d Р2, (3.2) где z Г - число заходов резьбы гайки.

При этом в точке контакта сопрягаемых витков резьбы винта и ролика скорость скольжения теоретически равна нулю. Более подробно кинематика ПРВМ рассмотрена в работах [68, 69].

2-я особенность. Чтобы избежать кромочных контактов витки резьбы винта и гайки изготовляют треугольными (рис.3.3), а витки резьбы роликов – выпуклыми фасонными, как правило, их профиль очерчен с двух сторон дугами окружности радиуса R (см. рис. 3.3,б). Витки резьбы с фасонным профилем изготовляют именно на роликах, так как их резьбовые поверхности взаимодействуют с резьбовыми поверхностями и винта, и гайки. Для витка ролика угол профиля – это угол между касательными, проведенными с двух сторон витка к его фасонному профилю на среднем диаметре резьбы dР2 (см.

рис. 3.3,б).

3-я особенность. Витки резьбы ролика сопрягаются с витками резьбы гайки, то есть гайка и ролик образуют внутреннее резьбовое соединение деталей, оси которых не совпадают. Отсюда направление резьбы гайки и ролика должно быть одинаковое, и угол подъема резьбы гайки Г должен равняться углу подъема резьбы ролика Р [67], т.е. Г = Р (3.3) Рис.3.2. Осевой разрез ПРВМ с цельной гайкой (1 – винт, 2 – ролик, 3 – сепаратор, 4 – гайка, 5 – втулка с зубчатым венцом, 6 – пружинное кольцо, 7 - маслосъемник).

Рис. 3.3 Профиль витка резьбы: а) винта;

б) ролика;

в) гайки.

4-я особенность. В силовых ПРВМ для повышения нагрузочной способности, осевой жесткости и кинематической точности количество роликов N должно быть равно максимально возможному количеству NMAX или N NMAX чуть меньшему значению, чем значение NMAX, т.е. (3.4) Максимально возможное количество роликов NMAX определяется из условия соседства, см. рис. 3.4. После математических преобразований получим следующую зависимость (3.5) N MAX, d + arcsin P d +d B2 P где: d Р – внешний диаметр резьбы ролика;

= 2 … 4 мм – минимальный зазор между соседними роликами. Меньшие значения выбирают для ПРВМ с меньшими значениями среднего диаметра резьбы d В 2 винта (меньшего типоразмера) и наоборот. Обычно NMAX = 9 – 11.

Рис.3.4 Расчетная схема для определения максимально возможного числа роликов ПРВМ.

Количество витков ролика, контактирующих с сопрягаемыми витками гайки на длине LГ ее резьбовой части (см. рис. 3.2), равно MP = LГ / P, (3.6) где Р – шаг резьбы деталей ПРВМ.

Обычно МP составляет несколько десятков. Отсюда рабочая осевая сила передается с гайки на N роликов через N MP сопрягаемых витков резьбы гайки и роликов. Произведение N MP равно нескольким сотням. Так как LР LГ (см. рис. 2.1), то количество сопрягаемых витков роликов и винта будет еще большим, см. формулу (2.6), и рабочая осевая сила будет передаваться с N роликов на винт через еще большее количество сопрягаемых витков.

Таким образом, ПРВМ представляет собой конструкцию с N промежуточными элементами (резьбовыми роликами) между винтом и гайкой и многочисленными избыточными связями, количество которых равно нескольким сотням.

Отсюда для резьбовых деталей ПРВМ (винта, роликов и гайки) размеры и поля допусков на них должны выбираться так, чтобы рабочая осевая сила более равномерно распределялась между всеми роликами механизма и всеми сопрягаемыми витками резьбовых деталей. Поэтому комплект роликов для ПРВМ подбирают селективно, чтобы средние диаметры резьбы всех роликов в комплекте укладывались в узкий диапазон размеров (1 … 3 мкм).

5-я особенность. Для того чтобы количество роликов можно было выбрать любым от трех до максимально возможного, и их угловое положение относительно винта и гайки было произвольным, число заходов винта и гайки должно быть равным, то есть zВ = zГ, а направления их резьб – одинаковым.

Чтобы доказать это утверждение рассмотрим сначала рис. 3.5, на котором показано осевое сечение винта 1, ролика 2 и гайки 3. Винт и гайка ПРВМ соосны, обозначим ось винта через Z. Ось каждого ролика параллельна оси винта и расположена от нее на расстоянии aW. Так как ролик имеет однозаходную резьбу, то в указанном осевом сечении в радиальном направлении (на оси r) над осью ролика располагается виток «А» его резьбы, а с другой стороны оси ролика – впадина «Б» его резьбы (рис. 3.5). Отсюда следует, что в ПРВМ в радиальном направлении (на оси r) над витком резьбы винта «Б» располагается впадина «А» гайки и наоборот.

Далее, см. рис.3.6, рассмотрим в координатах Z – – r винт и гайку ПРВМ в двух проекциях (Z=0 расположено на расстоянии l от торца гайки). Пусть на торце гайки впадина «А» i–го захода резьбы имеет координаты Z=l и Рис. 3.5 Осевое сечение винта 1, ролика 2 и гайки 3.

Рис. 3.6 Две проекции винта и гайки ПРВМ в координатах Z – – r.

i и расположена на радиусе ri. Тогда, как следует из установленного выше, на том же радиусе ri будет располагаться виток «Б» резьбы винта. Отсюда следует, что в любом сечении перпендикулярном оси Z на радиусе r, на котором располагается ось ролика, располагаются еще впадина резьбы гайки и виток резьбы винта или наоборот.

Чтобы были совмещены точки винта и гайки, расположенные на одном радиусе, необходимо сделать развертку по угловой координате от 0 до 2.

На рис. 3.7 показаны указанные развертки по угловой координате для 2-х случаев. По горизонтальной оси отложена координата, а по вертикальной – координата Z.

1-й случай (рис. 3.7,а). zВ = zГ, и направление резьбы винта совпадает с направлением резьбы гайки (на рис.3.7,а эти направления правые). Вдоль оси Z от 0 до l показана развертка витков (сплошная линия) 2-х соседних заходов резьбы винта и 2-х ближайших впадин (штриховая линия). На расстоянии Z=l расположен торец гайки. На развертке для Zl показана резьба гайки, которая загораживает резьбу винта. Радиус ri имеет координаты Z=l и i и на развертке сливается в точку, см. рис. 3.7,а. На радиусе ri (в той же точке) располагается впадина «А» резьбы гайки и виток «Б» резьбы винта, и через эту же точку будет проходить ось ролика. Отсюда на развертке резьбы гайки впадина «А»

(штриховая линия) ее резьбы будет располагаться над витком «Б» резьбы винта, на рисунке загораживая его, а витки (сплошная линия) резьбы гайки будут располагаться над впадинами резьбы винта, также загораживая их.

Значит в ПРВМ витки резьбы гайки располагаются над впадинами резьбы винта, а впадины резьбы гайки – над витками резьбы винта. Отсюда ось ролика может иметь любое угловое положение относительно винта и гайки.

Таким образом, ПРВМ с zВ = zГ, и резьбами винта и гайки одного направления количество роликов N может быть любым от 3-х до NMAX.

Величины углов между осями соседних роликов могут быть произвольными, но не меньше минимальных значений MIN = 2 / N MAX, которые определяются Рис. 3.7 Развертка по угловой координате витков резьбы двух соседних заходов (сплошная линия) и впадин (штриховая линия) винта и гайки, имеющих одинаковое число заходов резьбы: а) направление резьбы винта и гайки правое;

б) направление резьбы винта левое, а гайки – правое.

из условия соседства. Например, в ПРВМ с шестью роликами углы между осью любого ролика и осями двух соседних роликов могут равняться соответственно 45° и 75° или наоборот, а не только 60°.

2-й случай (рис. 3.7,б). zВ = zГ, и направление резьбы винта не совпадает с направлением резьбы гайки. На рис. 3.7,б показана развертка по угловой координате витков и впадин резьбы винта с левой резьбой и гайки с правой резьбой. Радиус ri имеет координаты Z=l и i и на развертке сливается в точку, см. рис. 3.7,б. На радиусе ri (в той же точке) располагается впадина «А» резьбы гайки и виток «Б» резьбы винта, и через эту же точку будет проходить ось ролика. В отличие от 1-го случая в данном случае витки (впадины) резьбы гайки не располагаются над впадинами (витками) резьбы винта, а пересекаются в точках, через которые и могут проходить оси роликов. Отсюда угловое положение ролика строго скоординировано относительно винта и гайки. В рассмотренном примере (рис. 3.7,б) наибольшее количество роликов может равняться 2 zВ, но если из условия соседства нельзя будет иметь такое количество роликов, то их максимально возможное число равняется zВ. Если мы захотим сконструировать ПРВМ с тремя роликами, то углы между их осями будут различными, см. рис. 3.7,б. Кроме того, в ПРВМ, имеющей винт и гайку с разнонаправленными резьбами, подача (перемещение) гайки за один оборот винта в несколько раз меньше, чем в ПРВМ, имеющей винт и гайку с резьбой одного направления [70].

6-я особенность. Гайка и каждый ролик, см. рис. 1.10 и 3.2, кроме резьбового соединения, связаны между собой еще и зубчатыми зацеплениями.

Так как втулки 5 с внутренними зубьями закреплены в отверстии гайки 4, см.

рис. 3.2, то ролики могут только обкатываться по гайке. Отсюда мгновенный центр скоростей ролика (точка рV) совпадает с полюсом зубчатого зацепления, см. рис. 3.8. Результирующая рабочая осевая сила FA со стороны сопрягаемого витка ролика действует на виток гайки в точке, расположенной на диаметре DГ2, см. рис. 3.8. Для уменьшения крутящего момента на винте, идущего на преодоление сопротивления от сил трения, необходимо, чтобы диаметр делительной окружности DЗВ зубьев гайки равнялся среднему диаметру DГ2 ее резьбы [67], т.е. (3.7) D ЗВ = D Г Если указанное равенство невозможно достичь, то необходимо, чтобы DЗВ отличался от DГ2 на минимально возможную величину.

Чтобы зубья втулки находились в зацеплении с зубьями, нарезанными на роликах, необходимо, чтобы делительный диаметр dЗВ зубьев ролика равнялся среднему диаметру резьбы dР2 ролика, см. рис. 3.8, т.е. d ЗВ = d P2 (3.8) 7-я особенность. Так как число заходов резьбы винта равно числу заходов резьбы гайки (см. 5-ю особенность), а средние диаметры резьбы этих деталей различны, то угол подъема резьбы винта не равен углу подъема резьбы гайки.

При этом углы подъема резьбы гайки и ролика равны (см. 3-ю особенность).

Рис. 3.8 Осевой разрез по гайке с втулкой и ролику.

Следовательно, в ПРВМ угол подъема резьбы винта всегда не равен углу В Р подъема резьбы ролика, то есть (3.9) Если на винте и ролике выполнена резьба одного направления, то углы подъема резьбы этих деталей отличаются по направлению и величине, см. рис. 3.9. Если на винте выполнена резьба одного направления, а на ролике – противоположного, то углы подъема резьбы этих деталей имеют одно направление и различаются по величине.

Рис. 3.9. Винт 1 и ролик 2 с одним витков в 2-х проекциях (резьба винта и ролика правая).

8-я особенность. Резьба винта, гайки и роликов специальная с углом профиля витков = 90°. Для механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное, указанный угол профиля является большим по величине. Отсюда: низкий КПД, малая рабочая высота профиля витка резьбы и т.д. Указанное значение угла необходимо для того, чтобы точка первоначального контакта сопрягаемых витков резьбы винта и ролика не располагалась близко к кромкам витков резьбы этих деталей. Если точка первоначального контакта сопрягаемых витков резьбы винта и ролика располагается близко к кромкам витков резьбы этих деталей, то это приводит к существенному снижению нагрузочной способности и осевой жесткости ПРВМ.

3.2. Технологическая особенность ПРВМ (9-я особенность) Многие ПРВМ после изготовления деталей и сборки проходят специальную операцию – обкатку (приработку) [71], когда интенсивность изнашивания является очень высокой [8, 72]. В результате этой операции вследствие износа резьбовых поверхностей деталей механизма выравнивается распределение рабочей осевой силы между сопрягаемыми витками резьбы, и, как следствие, повышается осевая жесткость ПРВМ и его кинематическая точность.

Известно [73], что начальный период эксплуатации изделия (период приработки) характеризуется повышенным значением интенсивности отказов.

Поэтому для повышения надежности изделия целесообразно проводить приработку перед началом его эксплуатации.

Перечисленные особенности ПРВМ необходимо учитывать при расчетах и проектировании этих механизмов. Эти особенности, как правило, существенно усложняют теоретические исследования ПРВМ.

3.3. Выводы 1. ПРВМ являются конструктивно сложными, наукоемкими изделиями и обладают рядом конструктивных и технологических особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании этих механизмов и их теоретических исследованиях.

2. Чтобы ПРВМ можно было отнести к механизмам, в которых в основном реализуется трение качение, геометрические параметры резьбы и зубьев деталей этих механизмов должны быть рассчитаны по приведенным математическим зависимостям.

3. Резьба винта, гайки и роликов специальная с симметричным и большим по величине углом профиля витков (обычно этот угол = 90°). Такой угол обеспечивает высокую нагрузочную способность и осевую жесткость ПРВМ.

4. Чтобы сопрягаемые витки резьбы винта, роликов и гайки не имели кромочного контакта из-за ошибок изготовления, профиль витков резьбы роликов должен быть выпуклым.

5. Угол подъема резьбы гайки равен углу подъема резьбы ролика, а последний всегда не равен углу подъема резьбы винта.

6. ПРВМ представляет собой конструкцию с N промежуточными элементами (резьбовыми роликами) между винтом и гайкой и многочисленными избыточными связями – сопрягаемыми витками, число которых достигает нескольких сотен. Количество избыточных связей переменно и зависит от типоразмера ПРВМ, количества роликов, шага резьбы и величины рабочей осевой силы.

7. Количество роликов и их угловое положение относительно винта и гайки зависит от числа заходов резьбы винта и гайки и направления их резьб. Чтобы количество роликов можно было выбрать любым от трех до максимально возможного, и их угловое положение относительно винта и гайки было произвольным, число заходов винта и гайки должно быть равным, а направления их резьб – одинаковым.

8. Для выравнивания распределения рабочей осевой силы между роликами и сопрягаемыми витками резьбы деталей ПРВМ, повышения осевой жесткости и кинематической точности механизма целесообразно производить обкатку (приработку) ПРВМ.

4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ.

Метрологические измерения деталей ПРВМ проводились для:

– разработки физической и математической моделей ПРВМ;

– определения реальных размеров деталей ПРВМ;

– определения размерного диапазона, в который укладываются средние диаметры резьбы всех роликов (комплекта роликов) каждого ПРВМ;

– определения погрешностей изготовления и шероховатостей поверхностей деталей ПРВМ, в первую очередь, резьбовых поверхностей.

Результаты метрологических измерений после анализа и статистической обработки были использованы для разработки методов расчета ПРВМ, для ввода исходных данных при расчетах этих механизмов и для сравнения данных, полученных в теоретических исследованиях и в экспериментах.

4.1. Конструкции и основные геометрические параметры опытных образцов ПРВМ.

В качестве опытных образцов (объектов экспериментальных исследований) были выбраны ПРВМ с типоразмером 48 81, которыми оснащаются на автозаводах сварочные роботы, а также отдельные детали ПРВМ указанного типоразмера. Эти механизмы, см. рис. 4.1, серийно изготавливаются на импортном оборудовании на АО «АвтоВАЗ». Все опытные ПРВМ после изготовления были приработаны, см. п. 3.2.

Допущение. Ролик опытного ПРВМ состоит из резьбовой части длиной LР=100 мм и двух шеек на его торцах (см. рис. 1.10 и 3.2). На концах резьбовой части ролика непосредственно по резьбе нарезают зубья, то есть на Типоразмер ПРВМ обозначают двумя числами, разделенными символом «».

Например, типоразмер 21 5 означает, что средний номинальный диаметр резьбы винта равен 21 мм, а перемещение гайки за один оборот винта равно мм. При этом первое число типоразмера является важнейшим геометрическим параметром ПРВМ, так как определяет ее радиальные габариты, а второе число является передаточной функцией (подачей гайки за один оборот винта).

Рис. 4.1 Опытные образцы ПРВМ.

указанных концах ролика его резьба прорезана впадинами зубьев. Начиная от торца, зубья на длине 10 мм имеют полный постоянный профиль, а затем на длине 5 мм высота профиля зубьев имеет неполный профиль и постепенно уменьшается до нуля. Для теоретических расчетов будем считать, что принятая длина LР,ПР резьбовой части ролика состоит из участка, не прорезанного зубьями, и двух участков, прорезанных зубьями с неполным профилем, и равна длине резьбовой части гайки. Измерять резьбу ролика будем на всей длине, а контролировать – на принятой для теоретических расчетов длине резьбовой части LР,ПР.

Основные номинальные геометрические параметры опытных образцов ПРВМ: – на винте, роликах и гайке выполнена правая резьба;

– средние диаметры резьбы винта d В 2, роликов d Р 2 и гайки D Г соответственно равны 48, 16 и 80 мм;

– наружные диаметры резьбы винта d В и роликов d Р соответственно равны 48,6 и 16,54 мм, а внутренний диаметр резьбы гайки D Г1 = 79,44 мм;

– внешний диаметр гайки D Г,ВН = 100 мм;

– шаг резьбы деталей ПРВМ Р = 1,6 мм;

– количество заходов резьбы винта и гайки z В = z Г = 5;

– количество заходов резьбы роликов z Р = 1;

– количество роликов N = 10;

– длины резьбовой части винта LВ и роликов LР соответственно равны 800 и 100 мм;

– длина резьбовой части гайки (принятая длина резьбовой части ролика, см.

допущение, сделанное в данном разделе) LГ = LР,ПР = 80 мм;

– количество витков гайки (ролика) вдоль образующей МГ = МР = LГ / Р = =50;

– угол профиля витков винта, роликов и гайки (см. рис. 2.2) равен = 90°;

– профиль витков роликов (см. рис. 2.2,б) до приработки выпуклый и очерчен дугой окружности, радиус которой равен R 11,3 мм.

4.2. Измерения линейных и диаметральных размеров деталей ПРВМ Измерения указанных размеров выполнялись в центральной измерительной лаборатории (ЦИЛе) и других подразделениях АО «Москвич» в рамках НИР с этим предприятием. Использовались аттестованные измерительные средства, в том числе, OPTON, индикаторы микроперемещений фирм MITUTOY и TESA с погрешностью измерения 0,5 мкм и другие.

Особый интерес представляли измерения средних диаметров резьбы комплекта роликов планетарного роликовинтового механизма. Каждый ролик три раза произвольно базировался с помощью трех эталонных проволочек в контрольную призму. Для каждого базирования ролика с помощью индикатора микроперемещений в пяти его осевых сечениях измерялся размер Si (i – номер сечения) от уровня 0 – 0, который соответствовал нулевому показанию индикатора микроперемещений, до среднего диаметра резьбы ролика, см. рис. 4.2. Таким образом, для каждого ролика из комплекта были получены 15 измерений размера S, для которых определялось среднее значение SСР. Далее для роликов из комплекта искались наибольшее SСР,МАХ и наименьшее SСР,MIN значения. По аналогии с зависимостями, которые связывают (dР2,i+1 – dР2,i) с Si и Si+1, см. рис. 4.2, вычислялся диапазон, в который укладывались средние диаметры резьбы всех роликов в комплекте 2 (S CP, MAX S CP,MIN ) (4.1) d P 2, MAX d P 2,MIN = ( ) 2 + Результаты измерений комплектов роликов новых ПРВМ и последующие расчеты позволили установить, что (SСР,МАХ – SСР,MIN) = 2,5 … 3 мкм. Сделав расчет по формуле (4.1), получили (dР2,МАХ – dР2,MIN) = 2 … 2,5 мкм, то есть средние диаметры резьбы роликов укладываются в узкий диапазон размеров.

Отсюда при расчетах ПРВМ, пренебрегая изменением среднего значения dР на величину ±1,25 мкм, можно считать, что все ролики в комплекте имеют одинаковый средний диаметр резьбы.

Рис. 4.2 Схема измерения разницы между средними диаметрами резьбы ролика в сечениях «i» и «i+1».

4.3. Измерения резьбовых поверхностей деталей ПРВМ и обработка полученных результатов Рабочая осевая сила в ПРВМ передается через сопрягаемые витки резьбовых поверхностей винта, роликов и гайки. Точность изготовления указанных поверхностей существенно влияет на основные эксплуатационные параметры ПРВМ [35], поэтому данные измерения приобретают особую значимость и должны быть выполнены с высокой точностью.

4.3.1. Выбор измерительного устройства, методика измерений и обработка полученных результатов В АО «АвтоВАЗ» и во ВладГУ производились измерения резьбовых поверхностей деталей ПРВМ [25, 35]. Результаты этих измерений показали, что точность изготовления резьб деталей ПРВМ высокая и для измерения резьбовых поверхностей винта, роликов и гайки необходимо оборудование с точностью измерения до десятых долей мкм. Кроме того, измерения параметров резьбовых поверхностей деталей ПРВМ должны производиться одновременно и быть комплексными.

Среди современного оборудования, удовлетворяющего этим требованиям, был выбран высокоточный сертифицированный прибор Form Talysurf со встроенной ЭВМ (фирма-производитель "Taylor Hobson", Англия), см. рис. 4.3, предназначенный для измерения профилей и шероховатостей поверхностей.

Рис. 4.3 Высокоточный прибор Form Talysurf со встроенной ЭВМ для измерения профилей и шероховатостей поверхностей Прибор механически сканирует исследуемый профиль на длине до 120 мм, с точностью до 0,1 мкм на длине 20 мм. Прибор позволяет получить в плоскости X – Y массивы 2-х координат точек поверхности с варьируемым дискретным шагом измерения (до 1 мкм), обработать эти массивы по стандартным программам и сохранить в памяти ЭВМ, копировать результаты измерений на стандартные носители информации. Прибор Form Talysurf установлен в термоконстантном помещении, измеряемые детали заранее помещались в это помещение для исключения температурных деформаций во время измерений. Для измерения резьбовая деталь (винт, ролик, гайка или полугайка) устанавливалась в базовых элементах прибора так, чтобы продольная ось Х прибора была параллельна оси детали, а плоскость измерения X – Y совпадала с осевой плоскостью детали. После включения прибора его игла, автоматически перемещаясь по профилю витков резьбы детали, измеряет в осевой плоскости детали координаты точек ее профиля.

Значения координат точек записываются в файл, затем эта информация преобразовывается в текстовой файл и модифицируется так, чтобы продольная ось Х совпадала с образующей цилиндра, диаметр которого равен среднему диаметру резьбы детали.

Резьба винта измерялась с шагом измерения вдоль оси Х равным 1 мкм в трех осевых плоскостях, повернутых относительно друг друга на 120°, на трех участках (в начале резьбового участка, по середине и в конце) на длине 50 мм.

Резьба других деталей измерялась на всей длине с тем же шагом в трех осевых плоскостях, повернутых относительно друг друга на 120°.

Программное обеспечение прибора Form Talysurf не позволяло рассчитать многие необходимые для анализа данные, поэтому на языке Turbo Pascal [74] был разработан комплекс программ, часть из которых использовалась при обработке всех результатов измерения (общее программное обеспечение), а другая часть была разработана для обработки результатов измерения конкретной детали.

С помощью общего программного обеспечения производился контроль, еще одна модификация данных для удобства математической обработки и уменьшение объема данных до необходимого для статистической обработки объема (к примеру, для винта было измерено 450 000 точек, из которых использовано более 20 000). Далее вся информация, полученная на длине измерения, делилась на части, каждая из которых соответствовала информации для произвольного j-го витка резьбы, см. рис. 4.4. За начало и окончание произвольного j-го витка приняты две точки, координаты Y которых являются соседними минимальными значениями (см. рис. 4.4, точки А1 и Вm). Находящаяся между ними точка Аn = В1 с максимальной координатой Y условно делит виток на левую (точки Аi, где i - номер точки) и правую (точки Вi) стороны профиля витка, см. рис. 4.4. При этом производился контроль информации на выявление локальных экстремумов, которые могут привести к ошибке при определении начальной и конечной точек произвольного витка. Локальный экстремум показан на рис. 4.4 на примере точки А3, координата Y которой больше, чем координаты соседних точек А2 и А4. Для удобства дальнейшей математической обработки для каждого витка вводилась закрепленная за ним локальная система координат х – у, связанная с системой координат Х – Y, см. рис. 4.4.

Рис. 4.4 Точки резьбовой поверхности винта для произвольного j-го витка, полученные в результате измерений.

4.3.2. Результаты измерений резьбовых поверхностей деталей ПРВМ, имеющих треугольный профиль витков, и их анализ.

Винты и гайки (полугайки) имеют многозаходную резьбу с симметричным треугольным профилем витков. Анализ координат точек, расположенных на левой и правой стороне произвольных витков, см. рис. 4.4, показал, что эти точки лучше всего аппроксимируются линейными зависимостями. Для левой и правой стороны каждого витка в локальной системе координат х – у методом наименьших квадратов [75 – 77] по специальной разработанной программе были определены коэффициенты линейных алгебраических уравнений.

Полученные прямые y = a a x + b a и y = a b x + b b (4.2) назовем линиями теоретического профиля витка, а ломанную, проходящую через измеренные точки, – линией реального профиля витка, см. рис. 4.4 и 4.5.

При этом коэффициенты «a» и «b», относящиеся к уравнению для левой стороны профиля витка так же, как и другие параметры, относящиеся к левой стороне профиля витка, имеют индекс «a», а все коэффициенты и параметры, относящиеся к правой стороне профиля витка, – индекс «b». Программа позволяет при определении этих коэффициентов не учитывать несколько идущих подряд точек у основания витка и у его вершины. Число указанных неучтенных точек запрашивается программой.

Рис. 4.5 Теоретический (1) и реальный (2) профили витков резьбы.

По специальной разработанной программе определяются: отклонения измеренных точек (реального профиля) от теоретического профиля;

шаги резьбы Рta и Рtb между теоретическими левыми и правыми сторонами профиля данного витка и предыдущего;

шаги резьбы Рra и Рrb между реальными левыми и правыми сторонами профиля данного витка и предыдущего;

углы наклона левой и правой сторон теоретического профиля витка относительно вертикальной оси Y;

угол профиля витка.

В статье [78] описан способ измерения рабочих поверхностей резьбы с треугольным профилем и обработка полученных результатов на примере пятизаходного винта с левой резьбой и dВ2 = 48 мм.

Для обработки и анализа результатов измерений (массивов данных) были разработаны специальные программы [79], позволяющие:

– определить среднее значение и среднее квадратическое отклонение массива данных;

– с помощью критерия Ирвина [80] произвести анализ неприятия резко выделяющихся значений массива данных;

– с помощью критериев согласия Пирсона, Колмогорова, Бернштейна и Ястремского определить какой теоретический закон распределения лучше других согласуется с эмпирическими данными (массивами данных).

Полученные результаты показывают следующее. Точность изготовления основных параметров резьбовых поверхностей высокая – погрешности соизмеримы с десятыми долями микрона, то есть использованный для измерений прибор Form Talysurf выбран обоснованно. С помощью критерия Ирвина на измеренных участках винта выявлены витки, отклонения реального профиля которых от теоретического, а также шаг резьбы между этими витками и соседними резко отличаются от средних значений указанных отклонений и шагов резьбы. Назовем эти витки бракованными и их анализу посвятим пункт 4.3.3.

Без учета данных по бракованным виткам были получены следующие результаты: отклонение реального профиля витков резьбы деталей ПРВМ от теоретического в среднем не превышает ±0,3 мкм;

угол наклона левой и правой сторон витков резьбы не превышает в среднем ±3;

отклонения реального шага резьбы от теоретического в среднем не превышают сотых долей микрона;

шаг винта и гайки по левым сторонам профиля витков этих деталей отличается от шага деталей по правым сторонам профиля;

шаг резьбы различных заходов деталей ПРВМ различен и другие. Кроме того, было установлено, что величины шагов резьбы всех измеренных деталей являются случайными величинами и лучше всего описываются нормальным законом распределения Гаусса, который является двухпараметрическим законом. Один параметр (среднее значение) является систематической погрешностью, а второй параметр (среднее квадратическое отклонение) – случайной погрешностью изготовления резьбы по шагу.

Для сравнения теоретических исследований с экспериментальными были измерены детали опытных образцов ПРВМ. Полученные после специальной статистической обработки результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Деталь М – номер Рi[M] - средний Si[M] – среднее ПРВМ захода резь- шаг захода резьбы квадратическое отклонение 48 8 бы детали детали, мм захода резьбы детали, мм Винт 1 1.600066 0. (i =B) 2 1.600186 0. 3 1.599966 0. 4 1.600058 0. 5 1.600146 0. Гайка 1 1.599859 0. (i =Г) 2 1.599726 0. 3 1.599914 0. 4 1.599840 0. 5 1.599773 0. В работе [35] приведены результаты метрологических измерений деталей такого же ПРВМ (типоразмера 48 8), который не подвергался обкатке (приработке) в отличие от исследуемого в настоящей диссертации ПРВМ. По этой причине, а также из-за того, что в работе [35] даны средние значения и средние квадратические отклонения для шагов резьбы винта и гайки без разбивки этих величин по заходам их резьб, результаты, полученные в настоящей диссертации, отличаются в несколько раз от результатов, приведенных в указанной работе. Кроме того, детали сравниваемых механизмов имеют индивидуальные погрешности изготовления, и в данной диссертации не учтены шаги между бракованными витками и соседними.

4.3.3. Эффект бракованных витков резьбы винта ПРВМ.


При определении шагов резьбы протяженного винта ПРВМ и анализе полученных результатов был выявлен эффект бракованных витков, см. рис.

4.6, который существенно искажал параметры законов распределения шагов резьбы [81]. Эффект заключается в том, что есть витки, которые имеют на рабочей поверхности глубокие впадины. В основном бракованные витки были выявлены на винте, и их число составляло примерно 1 – 2 % от всех измеренных витков. При этом шаг Р1, между бракованным витков и предыдущим, существенно меньше номинального шага РН, а шаг Р2, между бракованным витком и следующим за ним, существенно больше номинального, см. рис. 4.6. Если учитывать шаги между бракованным витком и соседними, то среднее квадратическое отклонение существенно увеличивается по сравнению со случаем, если оба эти шага не учитывать.

Реальность состоит в том, что виток сопрягаемой детали не будет взаимодействовать с бракованным витком, имеющим глубокую впадину, а соседние с ним витки будут взаимодействовать с витками сопрягаемой детали.

Поэтому при определении параметров законов распределения бракованные витки не учитывались, а для преемственности по шагу в расчет вводились два шага величиной Р = ( Р1 + Р2) / 2. (4.3) Рис. 4.6 Профиль витков резьбы винта в месте бракованного витка (толстой линией показан реальный профиль, а тонкой – теоретический, номинальный).

Предположительно причина появления бракованных витков объясняется технологией изготовления. Так как высота витков резьбы винта опытного образца ПРВМ составляет 0,54 мм, то резьба на винте обрабатывалась только шлифованием. Возможно, при обработке скалывались твердые частицы шлифовального круга, которые, попадая между последним и заготовкой винта, образовали впадины на резьбовых поверхностях винта – бракованные витки.

4.3.4. Результаты измерений резьбовых поверхностей роликов ПРВМ, имеющих выпуклый профиль витков, и их анализ.

Как отмечалось выше, см. п. 3.1, для исключения кромочных контактов ролики ПРВМ изготавливают с выпуклым профилем резьбы. Опытные образцы ПРВМ после сборки подвергались обкатке (приработке).

Для расчетов по-прежнему вводились две системы координат: абсолютная, в которой записаны координаты измеренных точек, и локальная х – у, связанная с каждым j-ым витком, см. рис. 4.7.

Рис. 4.7 Теоретический профиль j-го витка ролика (сплошная линия) и измеренные точки.

Анализ координат точек, расположенных на левой и правой стороне произвольных витков, см. рис. 4.7, показал, что профили витков роликов после приработки меняют свою форму. Если до приработки витки ролика имели выпуклый профиль, очерченный дугой окружности (см. рис.3.3,б), то после приработки в средней по высоте витка части образовался прямолинейный участок, см. рис. 4.7 и 4.8. По разработанной программе в диалоговом режиме последовательно рассчитывались геометрические параметры теоретического профиля сначала для левой, а затем и правой сторон профиля каждого витка.

При этом считалось, что теоретический профиль состоит из двух участков одной и той же окружности, соединенной хордой (прямолинейным участком), а реальный профиль представляет собой ломаную линию (на рис 4.7 и 4.8 она не показана), последовательно соединяющую соседние точки. Для этого по программе методом наименьших квадратов все точки для одной из сторон витка аппроксимировались уравнением прямой 1 (см. рис. 4.8).

Рис. 4.8 Прямолинейный участок теоретического профиля витка резьбы ролика и измеренные точки.

Далее программа выводит на экран отклонения точек по нормали к прямой 1 и запрашивает число точек у вершины и впадины данной стороны профиля, которое необходимо исключить из дальнейшего расчета. Например (см. рис.

4.7), из расчета необходимо исключить точки А1 – А3 у впадины и точки А17 – А18 у вершины, так как эти точки формируют впадину и вершину витка. Без указанных точек повторяется расчет прямой 1, от которой определяется наиболее отстоящая на расстоянии max точка, и от последней откладывается полоса шириной Н (величина Н вводится заранее), см. рис. 4.8. Считая, что точки лежащие в этой полосе, формируют прямолинейный участок профиля витка, программа методом наименьших квадратов аппроксимирует эти точки уравнением прямой 2, см. рис. 4.8. Затем по программе определялась длина прямолинейного участка lЛ так, как показано на рис. 4.8. Протяженность прямолинейного участка на левой стороне lЛ произвольного витка в среднем на 10% больше протяженности прямолинейного участка на правой стороне lП произвольного витка. В дальнейшем будем считать, что lЛ lП и обозначим протяженность прямолинейного участка LПРЯМ, которая соответствует 1/ длины наклонного участка профиля витка и в среднем составляет 0,2…0,3 мм.

На рис. 4.9 показан теоретический профиль витка ролика, наклонные стороны которого состоят из двух дуг одной и той же окружности, соединенных хордой.

По специальной разработанной Рис 4.9. программе определяются: откло нения измеренных точек (реального профиля) от теоретического профиля;

шаги резьбы Рta и Рtb между теоретическими левыми и правыми сторонами профиля данного витка и предыдущего;

шаги резьбы Рra и Рrb между реальными левыми и правыми сторонами профиля данного витка и предыдущего;

углы наклона левой и правой сторон теоретического профиля витка относительно вертикальной оси Y;

угол профиля витка.

В статье [82] описан способ измерения рабочих поверхностей резьбы 3-х роликов одного ПРВМ 48 8 по трем трассам и обработка полученных результатов.

После обработки результатов измерений с помощью специальных разработанных программ было установлено следующее: точность изготовления основных параметров резьбовых поверхностей роликов высокая – погрешности соизмеримы с десятыми долями микрона, то есть использованный для измерений прибор Form Talysurf выбран обоснованно;

отклонение реального профиля витков резьбы роликов от теоретического в среднем не превышает ±0,3 мкм;

угол наклона левой и правой сторон витков резьбы не превышает в среднем ±30;

отклонения реального шага резьбы от теоретического в среднем не превышают сотых долей микрона;

шаг роликов по левым сторонам профиля витков резьбы отличается от шага по правым сторонам профиля и другие. Кроме того, было установлено, что величины шагов резьбы роликов являются случайными величинами и лучше всего описываются нормальным законом распределения Гаусса, который является двухпараметрическим законом. Один параметр (среднее значение) является систематической погрешностью, а второй параметр (среднее квадратическое отклонение) – случайной погрешностью изготовления резьбы по шагу.

Для сравнения теоретических исследований с экспериментальными были измерены ролики опытных образцов ПРВМ. В таблице 3 представлены результаты этих измерений после статистической обработки.

Таблица 3.

I – номер РР[I] - средний SР[I] – среднее квадратическое ролика в шаг резьбы отклонение шагов резьбы ПРВМ ролика, мм ролика, мм 1 1.599973 0. 2 1.599968 0. 3 1.599967 0. 4 1.599971 0. 5 1.599975 0. 6 1.599970 0. 7 1.599972 0. 8 1.599973 0. 9 1.599975 0. 10 1.599974 0. Была выявлена корреляционная связь между размером прямолинейного участка LПРЯМ m–го витка ролика и его отклонением реального накопленного шага от накопленного среднего шага [83] m P[m] = PP [i ] PP,CP m (4.4) i = m P [i] где: – накопленный реальный шаг ролика для его m – го витка;

P i = PP,CP – среднее значение шага резьбы ролика.

Прямолинейный участок LПРЯМ образуется в результате износа. При этом величина линейного износа витков увеличивается с ростом положительной разницы между реальным шагом резьбы и средним. В результате виткам ролика, имеющим больший накопленный шаг, следует назначать больший размер прямолинейного участка и наоборот.

4.4. Результаты измерений резьбовых поверхностей роликов ПРВМ, проработавших в составе сварочного робота половину ресурса, и их анализ.

Как отмечалось выше, прямолинейный участок LПРЯМ образуется в результате износа, величина которого зависит от времени эксплуатации.

Были выполнены измерения профилей витков резьбы роликов ПРВМ, время работы которых в составе сварочного робота на АО «Москвич» равно половине ресурса механизма. Эти измерения показали, что среднее значение длины LПРЯМ прямолинейного участка витков резьбы роликов увеличилось в результате износа примерно на 25 – 40%. Увеличение длины прямолинейного участка витков резьбы роликов в процессе эксплуатации механизма приводит к: выравниванию распределения рабочей осевой силы между роликами ПРВМ;

выравниванию распределения осевой силы между витками роликов вдоль их образующих;

повышению осевой жесткости ПРВМ;

снижению контактных напряжений.

Для теоретических исследований предлагается выбирать размеры длин прямолинейных участков витков роликов ПРВМ такими, какие они получились после приработки до начала его эксплуатации, так как в этом случае жесткость ПРВМ наименьшая, а контактные напряжения наибольшие.

То есть все расчеты предлагается проводить в запас контактной прочности и осевой жесткости.

Установлено, что с увеличением времени эксплуатации ПРВМ линейный износ ее деталей увеличивается. Отсюда основным критерием работоспособности ПРВМ является износостойкость [84].

Это подтверждает опыт эксплуатации беззазорных ПРВМ, в которых, кроме выборки зазоров между резьбовыми деталями, для повышения жесткости механизма создается сжимающая эти детали сила (сила преднагрузки).

Величина силы преднагрузки контролируется по крутящему моменту холостого хода. В процессе эксплуатации момент холостого хода постоянно контролируется и происходит его постепенное снижение, причиной которого является износ сопрягаемых резьбовых поверхностей деталей ПРВМ.

Поэтому, если момент холостого хода снизился ниже допустимой границы, то такой ПРВМ переналаживают. В противном случае из-за износа момент холостого хода (сила преднагрузки) может снизиться до нуля, и между резьбовыми деталями ПРВМ могут образоваться зазоры.


Это подтверждает производственный опыт на АО «Москвич».

Обследовались ПРВМ, отслужившие в составе сварочных роботов свой ресурс и вышедшие из строя. Следов усталостного выкрашивания на резьбовых поверхностях деталей ПРВМ обнаружено не было. Практически все отказы, не считая случайных, прямо или косвенно являются следствием износа резьбовых поверхностей деталей ПРВМ. Например, заклинивание ПРВМ из-за того, что износились отверстия в сепараторах, разделяющих ролики, и последние перекосились и заклинили механизм. Износ отверстий в сепараторах стал возможным из-за того, что износились резьбовые поверхности деталей ПРВМ, и между роликами и винтом с гайкой образовались зазоры, в пределах которых ролики под действием нагрузки стали поворачиваться. При этом шейки роликов стали образовывать с отверстиями сепараторов подшипники скольжения с кромочными контактами.

4.5. Измерения шероховатостей рабочих поверхностей резьбы деталей ПРВМ.

Измерения параметров шероховатостей деталей ПРВМ были выполнены в ЦИЛе АО «Москвич» в рамках выполнения НИР с этим предприятием.

Параметры шероховатости рабочих поверхностей витков резьбы деталей ПРВМ определялись с помощью специального прибора (профилографа профилометра), оснащенного ЭВМ. Компьютер прибора, сканируя координаты точек поверхности витков резьбы исследуемой детали, выводил на экран дисплея графическое изображение профиля витков резьбы.

Исследуемый участок выделялся курсорами ЭВМ. После этого указанный участок обрабатывался по программе на ЭВМ прибора. Графическое изображение профиля поверхности витка резьбы одного из роликов, а также результаты расчета на ЭВМ прибора представлены на рис. 4.10.

Измеренные значения параметра шероховатости Ra рабочих поверхностей резьбы винта, роликов и гайки составляют от 0,05 до 0,45 мкм. В результате анализа результатов измерения не было выявлено корреляционной связи параметра Ra резьбовых поверхностей деталей ПРВМ с каким-либо геометрическим параметром этих деталей.

4.6. Выводы 1. Детали ПРВМ изготовлены с высокой точностью, поэтому для достоверных измерений различных геометрических параметров деталей ПРВМ необходимо высокоточное универсальное и специализированное оборудование. Например, для измерения профилей винтовых поверхностей деталей ПРВМ использовался компьютеризированный прибор Form Talysurf, позволяющий быстро и точно (погрешность измерения на длине 20 мм составляет 0,1 мкм) измерять две координаты точек профиля витков каждой детали в ее осевой плоскости.

2. Разработан комплекс специальных программ для ЭВМ, который позволяет: осуществлять «гибкий» ввод исходных данных (результатов Рис. 4.10 Сканированный на профилографе-профилометре профиль витков резьбы ролика и результаты расчета параметров шероховатости на ЭВМ, которая встроена в указанный прибор.

измерений);

контролировать вводимую информацию;

производить всестороннюю математическую обработку результатов измерений;

осуществлять вывод параметров, полученных в результате математической обработки, в удобном для анализа виде.

3. При статистической обработке шагов резьбы винта ПРВМ с помощью критерия Ирвина были выявлены бракованные витки, шаг резьбы которых не учитывался при статистической обработке.

4. В результате измерения средних диаметров резьбы роликов одного ПРВМ установлено, что средние диаметры резьбы роликов в комплекте укладываются в узкий диапазон размеров равный 2,5 мкм. Отсюда при разработке физической модели ПРВМ, пренебрегая погрешностью ±1,25 мкм от среднего значения в указанном диапазоне, можно считать, что все ролики в одном механизме имеют одинаковый средний диаметр резьбы.

5. На винте и гайке изготавливается специальная резьба с треугольным профилем. Измеренные после приработки точки боковых сторон витков профиля (реальный профиль) этих деталей аппроксимировались методом наименьших квадратов линейными зависимостями (теоретический профиль).

Было установлено, что точки реального профиля имеют отклонения от теоретического профиля не превышающие десятых долей микрона, а шаги резьбы по реальному и теоретическому профилям совпадают. Поэтому в физической модели ПРВМ можно использовать теоретический профиль витков резьбы винта и гайки.

6. На роликах изготавливается специальная резьба с выпуклым профилем.

После приработки измерялись точки боковых сторон витков (реальный профиль) роликов и аппроксимировались методом наименьших квадратов теоретическим профилем, который состоит из двух участков одной и той же окружности, соединенной хордой (прямолинейным участком). Длины прямолинейных участков являются случайными величинами, которые лучше всего описываются законом Гаусса, соответствуют 1/3 длины наклонного участка профиля витка резьбы и в среднем составляют 0,2…0,3 мм для шага резьбы деталей ПРВМ Р=1,6 мм. Было установлено, что точки реального профиля имеют отклонения от теоретического профиля не превышающие десятых долей микрона, а шаги резьбы по реальному и теоретическому профилям совпадают. Поэтому в физической модели ПРВМ можно использовать теоретический профиль витков резьбы роликов.

7. Была выявлена корреляционная связь между размером прямолинейного участка произвольного витка ролика и отклонением реального накопленного шага резьбы этого витка от среднего накопленного шага резьбы ролика.

8. Было установлено, что случайные величины шагов резьбовых деталей ПРВМ лучше всего описываются нормальным законом распределения Гаусса.

Для всех роликов были определены значения параметров (среднее значение и среднее квадратическое отклонение) закона Гаусса, а для винта и гайки – параметры закона Гаусса для каждого захода этих деталей.

9. Было установлено, что основным критерием работоспособности ПРВМ является износостойкость. С течением времени работы ПРВМ длина прямолинейного участка витков роликов увеличивается.

10. Были измерены шероховатости винтовых поверхностей деталей ПРВМ и после статистической обработки получены средние значения параметра Ra.

5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПЛАНЕТАРНОГО РОЛИКОВИНТОВОГО МЕХАНИЗМА, РАЗРАБОТАННАЯ ФИРМОЙ SKF.

История вопроса. Для ШВМ, в которых при работе шары перекатываются по винтовым канавкам винта и гайки, фирмы-изготовители предложили рассчитывать и выбирать эти механизмы по аналогии с подшипниками качения по статической и динамической грузоподъемности.

Освоив производство ПРВМ, фирмы-изготовители предложили также по аналогии с подшипни ками качения рассчитывать эти механизмы по статической и динамической грузоподъемности, то есть основным критерием рабо тоспособности ПРВМ предложено Рис. 5.1. считать усталостное выкрашивание.

Такая аналогия основывается на следующем. Совершая планетарное движение, ролики перекатываются по виткам резьбы гайки и винта, практически без скольжения. Профиль витка ролика неприработанного ПРВМ до начала его эксплуатации радиусный (см. рис. 5.1) с центром на оси ролика.

Это позволило привести ролик к эквивалентным, наложенным друг на друга, шарам, число которых равно количеству витков ролика вдоль образующей, см.

рис. 5.1. Отсюда, как и в ШВМ, приведенные шары перекатываются по виткам винтовых канавок винта и гайки.

Методика расчета и выбора ПРВМ по статической и динамической грузоподъемности. Предлагаемая методика основывается на данных, приведенных в каталогах фирмы SKF [44, 45]. В этой методике будем рассматривать ПРВМ, у которых число заходов винта и гайки zВ = zГ = 5, а ролики однозаходные.

Для резьбовых деталей в зависимости от величины среднего диаметра dВ резьбы винта ПРВМ рекомендуются следующие значения шагов резьбы Р, мм:

1,0;

1,2;

1,6;

2,0;

3,0;

4,0;

5,0;

6,0 (см. табл. 4). Шаг Р выбирается также с учетом требуемой подачи гайки за один оборот винта.

Выбор среднего диаметра резьбы винта dВ2 производится в зависимости от значения динамической грузоподъемности СА или статической грузоподъемности С0А, представленных в табл. 4. В первом столбце таблицы в скобках указан рекомендуемый шаг или диапазон (РMIN – РMAX) рекомендуемых шагов деталей ПРВМ. Меньшее значение СА соответствует меньшему шагу из рекомендуемого диапазона, а большее значение СА – большему шагу. Зависимость С0А от величины шага резьбы более сложная, но диапазон изменения С0А узкий, поэтому для расчета можно принять среднее значение из указанного диапазона. При этом для ПРВМ, у которых диаметр винта dВ2 15 мм и dВ2 60 мм, рекомендуется конструировать передачи с цельной гайкой.

Таблица 4.

dВ2, мм ПРВМ с цельной гайкой ПРВМ со сборной гайкой (РMIN – РMAX, СА, кН С0А, кН СА, кН С0А, кН мм) 12 (1) 14,5 22,3 8 11, 15 (1 – 1,6) 21,2 – 22,4 33,9 – 36,3 12 16,9 – 18, 21 (1 – 2) 41,3 – 44,5 64,7 – 69,2 22,9 – 26,7 32,5 – 34, 25 (1 – 3) 51,7 – 64,7 87,8 – 90,2 28,5 – 35,6 43,9 – 45, 30 (1 – 4) 75,2 – 100,8 145,3 – 148,6 41,4 – 55,5 72,6 – 74, 39 (1 – 5) 105,6 – 142,9 207,5 – 227,4 58,2 – 78,7 103,8 – 113, 48 (1 – 5) 161,9 – 236,1 385,2 – 409,2 89,2 – 130 196 – 204, 60 (2 – 4) 276,8 – 326,2 649,7 – 654,7 152,5 – 179,8 324,9 – 327, 75 (2 – 4) 412,7 – 485,9 1239 – 1247 – – 99 (4) 784,2 2575 – – 120 (4) 775,8 2523 – – 150 (5) 1354 5680 – – 180 (6) 1664 7558 – – 210 (6) 1946 9479 – – Для ПРВМ, при работе которых гайка перемещается вдоль оси винта под нагрузкой, средний диаметр резьбы винта dВ2 определяется по динамической грузоподъемности СА. Для этого по следующей формуле рассчитывается потребная динамическая грузоподъемность (5.1) С А, ПОТР = Fm 3 L 10, где: L10 – ресурс передачи в миллионах оборотов винта;

(F ) k Li i – эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

i = Fm = 3 k L i i = Fi – эквивалентная нагрузка при i–ом режиме нагружения, Н;

Li – ресурс при i–ом режиме нагружения, млн.оборотов винта;

i и k – номер режима нагружения и количество режимов нагружения.

Средний диаметр резьбы винта dВ2 выбирается с учетом шага Р по базовой динамической грузоподъемности СА, которая должна быть больше СА,ПОТР.

Статическая грузоподъемность С0А ограничивает допускаемую статическую нагрузку, которую можно приложить к неработающему ПРВМ.

Недостатки методики, разработанной фирмой SKF.

1. Фирма SKF не сообщает, как разрабатывалась методика – на основе экспериментов или теоретических исследований.

2. Основным критерием работоспособности ПРВМ является износостойкость, а не усталостное выкрашивание. Так как эта методика не соответствуют реальности, то она не позволяют получить ответы на целый ряд вопросов. Только расчеты ПРВМ на износостойкость позволять прогнозировать:

– изменение формы и размеров сопрягаемых резьбовых поверхностей деталей ПРВМ в зависимости от нагрузки, кинематических параметров и числа циклов нагружения витков резьбы винта, роликов и гайки;

– изменение осевой жесткости ПРВМ во времени;

– изменение точности ПРВМ во времени;

– снижение усилия преднагрузки во времени для ПРВМ со сборной гайкой;

– срок работы ПРВМ до первой переналадки и между переналадками;

– ресурс работы ПРВМ с учетом переналадок.

3. Основные отказы ПРВМ параметрические, которые можно определить только из расчета этих механизмов на износостойкость.

4. Физическая модель ПРВМ, принятая для расчетов фирмой SKF, очень плохо описывает реальный механизм, так как:

– кривизна витка ролика вдоль винтовой линии существенно отличается от кривизны эквивалентного шара;

– витки ролика (эквивалентные шары) контактируют не с кольцевыми проточками, имеющими радиусный профиль, а с витками гайки и винта, которые имеют треугольные профили (главная кривизна равна нулю);

– контакт сопрягаемых витков винта и ролика внешний;

– после приработки или эксплуатации ПРВМ в течение небольшого времени профиль витков ролика меняет форму – на радиусном профиле образуется прямолинейный участок, который находится в зоне контакта с сопрягаемыми витками винта и гайки.

5. Методика расчета не учитывает погрешности изготовления основных деталей механизма, хотя в каталоге есть градация ПРВМ по составляющим кинематической погрешности ПРВМ, которые, в первую очередь, зависят от точности изготовления деталей механизма. ПРВМ одного и того же типоразмера, изготавливаемые на заводах фирмы SKF и на АО «АвтоВАЗ», отличаются по осевой жесткости, которая контролируется при сдаточных испытаниях. Эти отличия объясняются только различной точностью изготовления.

6. Статическая С0А и динамическая СА грузоподъемность дана только для ПРВМ с конкретными геометрическими параметрами деталей механизма.

Причем эти параметры в каталоге не приводятся. Например, грузоподъемности СА и С0А зависят от длины роликов, которой в каталоге нет.

Если по конструктивным соображениям необходимо сконструировать ПРВМ со средним диаметром резьбы винта dВ2 = 105 мм, то информации по грузоподъемностям такого механизма нет в каталоге.

Выводы.

1. Предложенная фирмой SKF, методика расчета и выбора ПРВМ несовершенна и направлена только на продажу продукции.

2. Необходимо разработать методику расчета ПРВМ по основному критерию работоспособности – износостойкости. Учитывая сложность конструкции и кинематики ПРВМ, а также большое число сопрягаемых витков деталей механизма, через которые передается нагрузка, данная методика является очень наукоемкой, и может быть разделена на несколько крупных этапов.

3. Ключевым этапом разрабатываемой методики является раскрытие многократной статической неопределимости ПРВМ – определение распределения осевой силы, действующей на гайку, между сопрягаемыми витками деталей механизма. Без этого этапа невозможно достоверно проводить любые теоретические исследования ПРВМ, например, исследования контактной прочности, осевой жесткости, точности и т.д.

6. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ Для внедрения ПРВМ в практику отечественного машиностроения необходимо их изготовить. Для изготовления ПРВМ необходимы рабочие чертежи деталей механизма, на которых должны быть проставлены размеры с полями допусков. ПРВМ являются наукоемкими изделиями и имеют ряд особенностей, поэтому определение некоторых геометрических параметров детали или ПРВМ в целом представляет сложную задачу. Примером такого параметра является межосевое расстояние ПРВМ, а затем определение полей допусков на основные размеры винта, роликов, гайки и сепаратора.

6.1. Причины неравенства реального и номинального значений межосевого расстояния ПРВМ.

Реальное значение межосевого расстояния aW больше номинального значения по следующим причинам.

1. Неравенство углов подъема резьбы винта и ролика. Было установлено (см.

7-ю особенность в п. 3.1), что в ПРВМ угол подъема резьбы винта всегда не равен углу подъема резьбы ролика, см. рис. 3.9. Вследствие указанного неравенства углов при номинальном значении межосевого расстояния витки резьбы ролика не могут разместиться во впадинах между соседними витками резьбы винта. Это является первым следствием неравенства углов подъема резьбы винта и ролика. Чтобы витки ролика разместились во впадинах между соседними витками винта, необходимо увеличить номинальное значение межосевого расстояния на величину, зависящую в общем случае от шага резьбы, среднего диаметра резьбы винта, количества заходов винта, которое влияет на отношение средних диаметров резьбы винта и ролика, и угла профиля витков резьбы деталей ПРВМ.

Второе следствие неравенства углов подъема резьбы винта и ролика заключается в том, что точка первоначального контакта витков резьбы этих деталей смещается из номинального положения – точки «А» (рис. 6.1), Рис. 6.1. Вид на винт и ролик со стороны их торцов.

расположенной в плоскости, проходящей через их оси. На рис. 6.1 показаны винт и ролик со стороны их торцов. Точка «Б» – это точка первоначального контакта видимой (передней) стороны витка винта с сопрягаемым витком ролика, а точка «В» – это точка первоначального контакта невидимой (задней) стороны витка винта с сопрягаемым витком ролика. Расчетным путем было установлено, что точки «Б» и «В» расположены симметрично, относительно линии, проходящей через оси винта и ролика. При этом XТК и YТК – это смещение точки первоначального контакта (точки «Б») из номинального положения (точки «А»).

Чтобы лучше проиллюстрировать описанные выше следствия, рассмотрим сечения по сопрягаемым виткам винта и ролика, показанные на рис. 6.2. На рис. 6.2,а показано сечение Г – Г (см. рис. 6.1), в котором левая сторона витка винта в точке «В» взаимодействует с витком ролика. На рис. 6.2,б показано сечение Д – Д (см. рис. 6.1) по виткам винта и ролика, проходящее через оси этих деталей. В этом сечении между сопрягаемыми витками резьбы винта и ролика имеются зазоры, а межосевое расстояние винта и ролика больше номинального значения на величину aW. На рис. 6.2,в показано сечение Е – Е (см. рис. 6.1), в котором правая сторона витка винта в точке «Б»

взаимодействует со следующим витком ролика. Таким образом, противоположные стороны витка резьбы винта контактируют с соседними витками резьбы ролика в точках «В» и «Б», расположенных с разных сторон от плоскости проходящей через оси винта и ролика.

Рис. 6.2. Сечение по сопрягаемым виткам винта и ролика (см. рис. 4.1):

а) Г – Г(повернуто);

б) Д – Д;

в) Е – Е(повернуто).

2. Погрешности изготовления резьбы винта и ролика. Если бы резьба винта и ролика была изготовлена абсолютно точно, то:

– номинальное значение межосевого расстояния надо было бы увеличить на величину aW, чтобы витки резьбы винта могли разместиться во впадинах между соседними витками резьбы ролика;

– все сопрягаемые витки резьбы этих деталей при сборке вступили бы в контакт в точках «Б» или «В», см. выше.

В действительности резьбу винта и ролика изготовляют с погрешностями.

Вследствие этого при сборке в контакт вступают только две пары сопрягаемых витков резьбы винта и ролика, а ось ролика дополнительно отдаляется от оси винта.

Выполним анализ погрешностей, возникающих при изготовлении резьбы винта и ролика. Резьба винта и ролика характеризуется шагом, числом заходов, направлением, диаметрами (наружным, средним и внутренним по впадинам), углом профиля, формой профиля, а при необходимости размерами профиля. Зная перечисленные выше параметры, можно определить величину и направление угла подъема резьбы. Шаг резьбы, ее диаметры, угол и размеры профиля изготовляют с погрешностями. Кроме того, профиль витка резьбы характеризуется отклонением формы, а резьбовые поверхности – шероховатостями.

Результаты измерений, обработанные на ЭВМ с помощью специально разработанных программ, представлены в п. 4. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что важнейшие параметры деталей ПРВМ (шаг и средние диаметры резьбы) изготовлены с высокой точностью.

Диаметры резьбы. Среди диаметров резьбы винта и ролика важнейшими для данного исследования являются средние диаметры резьбы этих деталей, так как их полусумма равна номинальному значению межосевого расстояния.

Приращение аW межосевого расстояния для абсолютно точно изготовленных винта и ролика зависит от шага резьбы Р и среднего диаметра резьбы винта dB2, по величине которого определяется средний диаметр резьбы ролика dР2, см. п. 3.1. Отсюда отклонение от номинального значения (погрешность) среднего диаметра резьбы винта или ролика, или обеих этих деталей приведет к изменению межосевого расстояния аW.

Номинальные значения и отклонения от этих значений (погрешности изготовления) внешних и внутренних диаметров резьбы винта и ролика не влияют на искомое межосевое расстояние.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.