Сачмено-винтови двойки

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2009

Част 2. Избор, монтаж и експлоатация на СВД


В материала за сачмено-винтови двойки (СВД), поместен в последния брой на сп. Инженеринг ревю за миналата година, бяха представени конструкцията, характеристиките и приложението им. СВД са съвременни машинни елементи с широки кинематични възможности, висока точност и експлоатационна надеждност, както и с голям коефициент на полезно действие. В настоящата статия продължаваме темата със спецификите при избора, монтажа и експлоатацията на сачмено-винтовите двойки.

Критерии за работоспособност
При избора на сачмено-винтова двойка за конкретно приложение трябва да се отчетат редица фактори. Най-важните от тях са: условията на работа (натоварване, скорости, възникване на удари и параметри на околната среда) и изискванията по отношение на точност, коравина (допустима деформация) и дълготрайност на предавката. За да се проведе успешно процедурата по избора на СВД, е необходимо да се определят критериите за работоспособност.
Основни критерии, от които зависи работоспособността на СВД, са:
l статичната якост (якост на контактните повърхнини на гайката, винта и сачмите под въздействие на статичното натоварване);
l дълготрайността (износването и умората на контактните повърхнини при променливо натоварване);
l устойчивостта на винта на изкълчване. Прието е статичната и динамичната товароносимост на СВД да се дефинират в съответствие с действащите стандарти БДС ISO 76 и БДС ISO 281.

Качествени показатели на СВД
Сравнителни качествени показатели на предавката са: КПД; максималната аксиална хлабина (предварителната стегнатост); критичната ъглова скорост на винтовото стебло; максимално допустимото отклонение от стъпката на резбата на дължина 300 mm (V300p) и допустимото отклонение от стъпката на резбата по цялата дължина (Vup). Отклоненията от стъпката на резбата зависят от класа на точност на резбата, основно.

Основна динамична товароносимост Са
Представлява постоянното по големина и посока аксиално натоварване, приложено по оста на винта, при което се гарантира основна дълготрайност от 1 милион превъртания (L10 = 1). Стойностите на Са (в N или kN) се посочват в каталозите за СВД по отношение на всеки отделен тип и типоразмер на предавката. Номиналната стойност на Са зависи от дълготрайността при умора на елементите на СВД.
Номиналната дълготрайност на СВД се определя от броя на оборотите на единия спрямо другия елемент до появяването на първите признаци на умора на материала (б. ред. питинг, лющене) по контактните повърхнини на елементите. Като основна - L10 (в милиони превъртания) се определя дълготрайността при 90% надеждност за група от еднакви СВД при нормални работни условия.
Зависимостта между основната дълготрайност L10, отчетената динамична товароносимост Са, и еквивалентното аксиално натоварване Fm се изразява като:
L10 = (Са/Fm)3.
Разбира се, действителната дълготрайност на СВД до получаването на повреда, определена като "експлоатационна дълготрайност (service life)", зависи не само от умората. Пряко влияние имат: начинът на смазването, уплътняването, износването на резбовите канали и на елементите, както и видът на системата за рециркулация на сачмите.

Основна статична товароносимост Соа
Определя се като постоянно по големина и посока аксиално статично натоварване по оста на винта, което предизвиква допустима контактна деформация на търкалящите тела и каналите от порядъка на 0,0001 от диаметъра на сачмата. Стойностите на Соа в (N или kN) също се задават в каталозите за СВД за всеки отделен тип и типоразмер на предавката. Допустимото аксиално статично натоварване на СВД се намира, като отчетената стойност на Соа, се раздели на приетия коефициент на сигурност So = 1.

Устойчивост на винта на изкълчване
При големи дължини е необходимо да се провери и устойчивостта на винта на изкълчване. За изчисляване на критичната сила на натиск се използват формулите на Ойлер, коефициентите на които се приемат в зависимост от начина на закрепване (вида на лагерите) на краищата на винта. Ако винтовото стебло е с постоянен диаметър по дължина, в изчисленията се замества вътрешният диаметър на резбовите канали. Допустимата осова сила на натиск се определя от критичната, като последната се раздели с приетия коефициент на сигурност (избира се от 3 до 5).

Критична ъглова скорост и предварителна стегнатост
Винтовото стебло се разглежда като цилиндър с диаметър, равен на вътрешния диаметър на резбовите канали. За изчисляване на критичната ъглова скорост на винтовото стебло се използват познати методи за пресмятане на валове, базирани на дължината на винта и начина на лагеруването му. Допустимата ъглова скорост не трябва да бъде по-висока от критичната, умножена с максимален коефициент на сигурност 0,8.
Добре да се има предвид, че натоварването на винта с осова сила, вследствие от създадената предварителна стегнатост, е причина за натоварване на сачмите с допълнителни нормални сили. Когато се определя големината на силата, резултат от предварителната стегнатост, Fстег (б. ред. в границата от Fmin стег до Fmax стег) е необходимо да се отчетат няколко факта. Например, при увеличаване на стегнатостта предавката става по-стабилна, но се намалява нейният КПД, тъй като се увеличава съпротивителният момент на празен ход. Ако изискванията за осова стабилност са много високи се препоръчва Fстег = Fmax стег.
Освен това трябва да се отчете, че с увеличаване на стегнатостта се разширява областта от натоварвания, при които предавката става самоспираща. От тази гледна точка, в отделни случаи може да се окаже целесъобразно да се създаде максимално допустима сила на стегнатост, за да се осигури самоспиране на СВД. Това е задължително в случаите, когато СВД се използва за повдигателни съоръжения, например винтови крикове.

Koефициент на полезно действие
Както вече бе споменато, кoефициентът на полезно действие на тези механизми е висок и това е едно от основните им предимства. За СВД с рециркулация на сачмите, той е от порядъка на 0,9 – 0.95.
КПД се изчислява по известната зависимост за двигателна резба, като се отчита големината на предварителната стегнатост  h = Кст. [tg a / tg (a+p)], където Kст е коефициент, зависещ от нея. Тъй като големината на Kст намалява със съотношението между осовото натоварване и силата на предварителна стегнатост, КПД на СВД с предварителна стегнатост също намалява. Необходимо е да се отбележи, че при относително малко осово натоварване предавката става самоспираща.

Точност на стъпката на резбовите канали
Показателят е много важен при използване на СВД в структурата на механизми за точно позициониране. Представлява интерес за конструкторите при избора на оптимална предавка. Точностните параметри по този показател са:
l V300p - максимално допустимо отклонение от стъпката на резбата на дължина 300 mm (V300p);
l Vup - допустимо отклонение от стъпката на резбата по цялата дължина на стеблото Lu, mm;
l Ер – допуск на отклонението на стъпката.
Стойностите на описаните параметри, съгласно стандартите на ISO, могат да се видят в табл. 1, в зависимост от класа на точност G и полезната дължина на винтовото стебло Lu.

Габаритни и присъединителни размери
В предходната и настоящата статия, посветена на СВД, бе посочено, че те се произвеждат като готови изделия от много фирми. Номенклатурата им е описана в съответните проспекти, каталози и сайтове, в които да дадени и основните технически характеристики и параметри на произвежданите предавки по видове и типоразмери. Миниатюрните прецизни предавки се произвеждат с диаметри на винта от 6 (8) до 16 mm и дължини до 2000 mm. СВД, с общо приложение в машиностроенето, се произвеждат с диаметри на винта от 16 (25) до 63 (100) mm и дължини до 5000 mm.
Като основни геометрични характеристики, обикновено, в табличен вид се посочват:
l номиналният диаметър на винта, стъпката и броят на ходовете на резбовите навивки, както и максималната дължина на произвежданите винтове;
l размерите (диаметри и дължини) и присъединителните размери на гайката.
Като технически параметри за всеки типоразмер още се задават:
l основната статична товароносимост Соа в N или kN;
l основната динамична товароносимост Са в N или kN;
l масата на гайката (kg) и масата на 1 m от винта (kg/m);
l други данни, като максимална аксиална хлабина (mm), коравина (N/мm), инерционен момент на 1 m дължина на винта, условно означение.

Лагеруване на СВД
По принцип, крайните или лагерните шийки на винтовото стебло могат да се оформят в зависимост от изискванията (по чертеж) на клиента. В този случай, диаметърът на лагерната шийка трябва да бъде по-малък от вътрешния диаметър на винтовите канали на стеблото. За облекчаване на поръчката, компаниите-производителки препоръчват използването на винтове с фабрично изработени стандартизирани размери на лагерните шийки, които се задават в каталозите им.
В някои специфични случаи на приложение на СВД, например подавателни винтове за металорежещи машини с ЦПУ и устройства за точно позициониране, точността на лагеруване е от голямо значение за техническите характеристики на устройството. Конструкцията на сачмено-винтовите двойки обяснява чувствителността им по отношение начина на лагеруване и вида на използваните лагери. По тази причина, за лагеруване за СВД се използват различни видове търкалящи лагери, предназначени специално за целта. Това са лагери с висока точност, от клас Р4 по ISO.

Съществуват множество конструктивни решения
за лагеруване на СВД. В статията са разгледани само някои по-характерни начини за лагеруване на СВД, предназначени, например за подавателни винтове и базирани на използването на специални търкалящи лагери.
При винтове с по-малка дължина, лагеруването би могло да бъде едностранно. Такъв е случаят при леко натоварени хоризонтални винтове, например за шлифовачни машини, или при вертикални винтове. На фигура 1 е показано лагеруване по схема, за която е характерно въртене на гайката заедно със задвижващите елементи. Както се вижда от фигурата, винтът се движи постъпателно. Използван е специален радиално-аксиален сачмен двуреден лагер, като броят на използваните лагери се определя от големината на аксиалното натоварване. При необходимост от по-голяма радиална товароносимост се препоръчва комбиниран радиално-аксиален двоен иглено-ролков лагер.
При сравнително голяма дължина на винта и изисквания за повишена точност се препоръчва лагеруването на винта да бъде двустранно. Броят на лагерите се определя в зависимост от големината на аксиалното натоварване. Подобна схема на лагеруване е показана на фиг. 2. Ако радиалните сили са значителни, се използват комбинирани радиално-аксиални лагери с голям ъгъл на контакта - 65°. При работно натоварване само в едната посока, каквото е при струговите машини, е възможно за лагеруване да се използва еднопосочен аксиален лагер.

Монтажни изисквания към СВД
Работно натоварване. СВД са предназначени за поемане на външни аксиални сили. При вграждането им в конструкцията на механизми е необходимо да се осигурят такива условия на натоварване, лагеруване, монтаж и настройка, че върху гайката да не са приложени радиални сили и огъващи моменти. Има се предвид контактните повърхнини на елементите да не са натоварени с описаните усилия. В противен случай се очаква намаляване на дълготрайността им.
Работна температура. За винтови стебла от стандартни стомани и при нормални натоварвания допустимата работна температура е от -20 °С до +110 °С. Експлоатацията при по-високи температури води до окисляване и намаляване твърдостта на работните повърхнини, влошаване на смазването и увеличаване на износването.
При по-високи работни температури се използват винтови стебла от специални стомани, например 100 Cr6. Също така е необходима промяна на стандартните режими на термообработка, начина на смазване и вида на смазката.
Защита, уплътняване и смазване. При доставка, откритите повърхности на елементите на СВД се покриват фабрично с предпазен филм. Необходимо е да се знае, че това не е смазочно вещество и филмът трябва да се премахне преди въвеждане на предавката в експлоатация, като се спазят указанията на производителя.

Уплътняване на елемен-тите на предавката
Правилното функциониране на СВД, тяхната работоспособност, точност и дълготрайност зависят в много голяма степен от добрата защита и уплътняването на елементите на предавката.
Защитата на винтовете на СВД, предпазваща ги от попадане на прах, стружки и други замърсявания, се осъществява чрез различни защитни елементи. Те покриват работната дължина на винта. В качеството на защитни елементи се използват телескопични защити, хармоникообразни елементи и др. Характерно за някои конструкции е, че защитата на винтовете се осъществява от защитните елементи на направляващите. В този случай, обаче, гайката задължително трябва да бъде уплътнена.
Уплътняването на гайката на СВД се осъществява най-елементарно, като се използва уплътнител от кече, който се поставя от двете й страни, в специален трапецовиден канал. Долната част на кечето се профилира по навивките на резбата на винта и по този начин не позволява проникване на замърсявания във вътрешността на гайката. Недостатък на подобна конструкция е, че се увеличава дължината на гайката. В някои конструкции за уплътняване се използва специален или пластмасов елемент, наричан „чистач”, който е във вид на пръстен или втулка.

Смазване на СВД
Смазването на СВД се извършва както с консистентни смазки, така и с течни минерални масла. По принцип, всеки производител на СВД препоръчва най-подходящите за тази цел смазочни материали. Обикновено, за смазване на СВД се използват гресите и маслата, подходящи и за смазване на търкалящи лагери.
При смазване на СВД с консистентни смазки те трябва да се сменят периодично, през 500 или 1000 часа, в зависимост от качеството на уплътняването, режимите на работа и състоянието на околната среда. При това, за да не се затруднява проникването на консистентната смазка до навивките на гайката и сачмите, когато се използват уплътнителни устройства, се препоръчва греста да се постави в гайката, а не да се нанася по работната повърхнина на винта.
Смазването с течни масла изисква смазочното вещество да се подава периодично или непрекъснато. Необходимият вискозитет на маслото, в зависимост от диаметъра на винта, честотата на въртене и работната температура, ориентировъчно се определя по номограми, зададени в каталозите на производителите.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top