Повышение надежности и долговечности роликовинтовых механизмов

• Автор: Жданов, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Требования к исполнительным механизмам приводов линейных перемещений по надежности и долговечности
1.2. Современное состояние исследований надежности и долговечности РВМ
1.2.1. Исследование фактической геометрии поверхностей РВМ
1.2.2. Распределение нагрузки по виткам резьбы РВМ
1.2.3. Современное состояние исследований НДС, надежности
и долговечности РВМ
1.3. Постановка задачи исследования
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СОПРЯЖЕНИЙ (НДС) РОЛИКОВИНТОВОГО МЕХАНИЗМА (РВМ)
2.1. Исследование фактической геометрии поверхностей витков РВМ
2.2. Решение контактной задачи для РВМ при наличии погрешностей изготовления и износа
2.2.1. Определение параметров контакта неточно изготовленных
и изношенных поверхностей РВМ
2.2.2. Определение силовых параметров контакта РВМ при наличии нормальной и касательной нагрузки
2.3. Влияние напряжений изгиба и сжатия на НДС сопряжений РВМ
2.4. Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) сопряжений РВМ
2.5. Выводы по главе
Глава 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ ПО ВИТКАМ РЕЗЬБЫ РВМ
3.1. Уравнение распределения нагрузки по виткам резьбы РВМ
3.2. Определение геометрических параметров упругих контактных слоев сопряжений РВМ
3.2.1. Теоретическая оценка геометрических параметров упругих
контактных слоев
3.2.2. Экспериментальное определение параметров упругих контактных слоев РВМ
3.3. Влияние геометрических параметров РВМ и внешних факторов на распределение нагрузки по виткам резьбы
3.4. Определение закона распределения нагрузки по виткам резьбы РВМ
в условиях действия зазоров
3.4.1. Описание модели
3.4.2. Исследование закона распределения нагрузки по виткам
в условиях действия зазоров
3.5. Выводы по главе
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ
И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РВМ
4.1. Расчетная модель долговечности и надежности РВМ
4.1.1. Описание модели
4.1.2. Анализ решений для различных типов РВМ
4.1.3. Расчет надежности РВМ
4.2. Исследование износа РВМ
4.2.1. Вывод уравнений для составляющих износа контактирующих поверхностей РВМ
4.2.2. Анализ решений для различных типов РВМ
4.3. Пути повышения надежности, долговечности и нагрузочной способности РВМ
4.4. Выводы к главе
Глава 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ
И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РВМ
5.1. Объект испытаний и исследований
5.2. Экспериментальные исследования надежности и долговечности РВМ
5.2.1. Описание стенда, методика испытаний и аппаратура
5.2.2. Анализ результатов испытаний
5.3. Выводы к главе
Глава 6. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ РВМ С ВЫСОКИМИ (ЗАДАННЫМИ) НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬЮ. ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ
6.1. Алгоритм методики расчета и проектирования
6.1.1. Алгоритм расчета распределения нагрузки по виткам резьбы РВМ
6.1.2. Алгоритм расчета нагрузочной способности РВМ
6.1.3. Алгоритм расчета долговечности РВМ
6.1.4. Алгоритм определения НДС сопряжений РВМ
6.2. Описание разработанных конструкций ИМ, внедренных
в промышленность
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим направлением повышения технического уровня машин и оборудования является совершенствование их исполнительных механизмов (ИМ). Большое распространение в различных областях техники нашли механизмы линейного перемещения, среди которых наиболее часто используются винтовые.
Наиболее распространенный винтовой ИМ — винт-гайка скольжения, контакт в резьбе которого происходит по поверхности. Эту передачу отличает невысокая нагрузочная способность, низкая точность и КПД, высокие потери на трение, сильная изнашиваемость. Передачи винт-гайка качения (шариковинтовые (ШВМ) и роликовинтовые (РВМ)) широко используются в технологическом оборудовании, поскольку замена трения скольжения на трение качения позволяет увеличить КПД (до 90...95%), точность перемещения и нагрузочную способность. Однако, в некоторых случаях их жесткость и нагрузочная способность недостаточны из-за ограниченного числа тел качения и небольшой длины гайки. Роликовинтовые планетарные передачи успешно конкурируют с вышеперечисленными типами ИМ, а по ряду технико-эксплуатационных характеристик, превосходят их. Они являются частным случаем несоосных механизмов (НВМ). Обычный роликовинтовой механизм (РВМ) состоит из центрального винта 1, вокруг которого в сепараторе 4 , располагаются ролики 2, совершающие в процессе работы планетарное движение и взаимодействующие с гайкой 3 (см. рис. 0.1). Данные передачи могут обеспечивать дополнительную редукцию и самоторможение в резьбе при достаточно высоком КПД. В элементарном сопряжении РВМ контакт происходит в точке, поэтому эти передачи относятся к ИМ с высшими кинематическими парами.
Исследованию РВМ посвящен ряд работ, выполненных в МГТУ им. Н.Э.Баумана, ЭНИМСе, СТАНКИНе. Основные работы по созданию новых типов винтовых передач, в том числе и РВМ, ведутся во Владимирском Го-сударственном университете под руководством профессора Д.В.Бушенина, в которых разработаны вопросы геометрического, кинематического, метрологического и прочностного расчетов для некоторых типов РВМ. Однако в известных работах отсутствуют методики расчета надежности, долговечности и нагрузочной способности передач для неточно изготовленных и изношенных поверхностей, методики определения характера распределения нагрузки по виткам резьбы РВМ в условиях действия зазоров, а также методы повышения надежности и долговечности РВМ.

Здесь Р- величина действительной нагрузки в контакте, Д,-значение предельной нагрузки при упругопластическом контакте тел (табличная величина Р0: для стали ШХ15 - Р0=1 ООО Н, для стали 45Х - Р0-250 Н [40]); РЮ - пластическая твердость материала (МПа), которая находится из выражения
НВ = 1,96Ш)0,89. (2.33)
В формуле (2.32) Кпр - приведенный радиус кривизны контактирующих
тел, вычисляется из известных зависимостей Герца, например: аЬ

(2.34)
где а, Ь- большая и малая полуоси площадки контакта при чисто упругом сближении (см. выражение (2.25)), 80- величина упругой деформации по Герцу (выражение (2.28)).
В рассматриваемом случае взаимодействия на упругое сближение оказывает влияние пластическая деформация, поэтому величину 8у можно
представить следующим образом:

у а’
(2.35)
где ГГ поправка, учитывающая влияние пластической деформации с уче-

том того, что П = з/1 + находится из кубического уравнения.

Для удобства решения вводим параметр с = 0.8438г| 2соз[ — агссоз(2с-1)
щью которого находим: „ 2/г

*у~~
3 1 + 28ІП'
при с< 1,
с помо-
(2.3 6-а)
2аг3|
(1 . ( tg-arcsln[

прис>1. (2.36-6)
VI - 2
В случае, если Р<Р0, к принимается равным нулю и тогда 8=8у. В других случаях /?>0, и величину ограничивают величиной 0.00011), где

СОБОС
[60]. Здесь й?2" диаметр роликов, а - угол осевого профиля резь-
бы роликов. Зависимость остаточной деформации от нагрузки представлена на рис.2.9.