ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

В промышленности, особенно в станкоинструментальной и приборостроении, резьбовые сопряжения используются достаточно широко для передачи движения. При первом начальном нагружении вследствие распределения нагрузки по виткам обычно на рабочих поверхностях винтового сопряжения наблюдаются пластические деформации в зонах фактического касания микронеровностей. Повторные нагружения приводят к упругим деформациям в этих зонах. Однако вследствие пластических деформаций точность взаимного расположения винта и гайки уменьшается. Поэтому в винтовых парах необходимо создавать нагрузки, приводящие к упругим деформациям в зонах фактического касания винтовой пары.

Изнашивание резьбового соединения также приведет к потере точности резьбового сопряжения, что является недопустимым в точных приборах и в измерительном инструменте.

С учетом неравномерности распределения осевой нагрузки по виткам и конструктивных особенностей резьбы, определим осевое усилие, при котором в зонах фактического касания наиболее нагруженных витков будут наблюдаться упругие деформации:

,

гдеd₂-средний диаметр резьбы, мм;d₁- внутренний диаметр резьбы, мм;hВ - твердость материала гайки по Бриннелю;m-коэффициент Пуассона;a- угол профиля, град;d- безразмерный комплекс Крагельского - Комбалова;e- модуль упругости Юнга, Мпа.

Таким образом, определять изнашивание будем при условии упругих деформаций в зонах фактического касания микронеровностей взаимодействующих витков резьбы гайки и винта. Для оценки величины износа будем использовать линейную интегральную интенсивность изнашиванияi _h.

Величина допустимого износа, которую можно сравнить с погрешностью шага винта, который назначается в зависимости от степени точности винта, равна:

,

гдеh _u- допустимый износ, мкм;l- длина пути, мм;n_г- частота вращения гайки, мин ^-1;n_в- частота вращения винта, мин ^-1;d- наружный диаметр резьбы винта, мм;b_d- угол подъема резьбы, град.

Обычно в резьбовых соединениях гайки изготавливаются из более мягких материалов, чем винт. Поэтому степень деформации поверхностных слоев менее твердого элементaбудет на несколько порядков выше, а интенсивность изнашивания более твердого элемента будет на несколько порядков ниже, чем менее твердого элемента. Поэтому ею можно пренебречь и считать более твердый элемент абсолютно твердым.

i _hбудем определять, считая, что изнашивание носит усталостный характер и при взаимодействии возникает упругий ненасыщенный контакт.

Интенсивность изнашивания поверхности трения отдельных витков пары будет неодинакова вследствие неравномерности распределения осевых усилий по виткам.

По И.В. Крагeльскому, наиболее интенсивно будут изнашиваться периферийные витки гайки. Неравномерность изнашивания приведет к изменению закономерности распределения осевых усилий по виткам. Это будет способствовать более равномерному изнашиванию витков.

Интенсивность изнашивания рассчитываем по формуле:

гдеy-угол подъема винтовой линии, град;q _oc-осевая нагрузка, кг;t-параметр контактно-фрикционной усталости (для металлов ориентировочно равен 4);b-фрикционная характеристика, зависящая от условий трущейся пары.

Таким образом, допустимый износ в основном будет определяться параметром шероховатостиd, площадью контакта винтовых поверхностей, физико-механическими параметрами материала гайки, осевой нагрузкой.

Для проведения испытаний резьбовой пары на износ в БГТУ была разработана и изготовлена установка. Винт резьбовой пары установлен вертикально в подшипниках и приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Гайка навинчивается на винт и на нем закрепляется специальная платформа, на которой размещен груз. При вращении винта гайка с платформой совершает вертикальное перемещение вдоль него. Установленные концевые переключатели позволяют получить возвратно-поступательное перемещение. Груз на платформе создает осевую нагрузку. Он устанавливается таким образом, чтобы центр тяжести был смещен относительно оси резьбовой пары, так как такая нагрузка соответствует наиболее тяжелым условиям работы резьбовой пары (вызывает перекос гайки относительно оси винта в пределах зазора по резьбе). Принятая схема нагрузки обеспечивает износ в резьбовой паре по разным сторонам профиля резьбы из-за наличия перекоса гайки.

В дальнейшем планируется дополнительно оснастить установку счетчиками времени и циклов для автоматизации проведения испытаний.

Приведенная упрощенная методика расчета изнашиваемости резьбового соединения и специальная установка для испытания резьбовой пары на износ позволяют с достаточной степенью точности определить износ резьбового сопряжения в эксплуатации, и тем самым заранее спрогнозировать % потери точности и принять соответствующие меры по предотвращению или уменьшению износа на стадии проектирования и тем самым обеспечить высокую точность выпускаемых приборов и измерительного инструмента.