Методы устранения зазора в винтовых парах

Для винтовых передач следящих систем привода станков с программным управлением и других точных механизмов осевые зазоры не допустимы. Принято устранять зазоры созданием внутреннего натяга в паре винт-гайка, регулированием относительного расположения двух полугаек в осевом или угловом направлениях (в последнем случае их осевое взаимное положение остается неизменным). Выбор метода устранения зазора зависит от ряда причин, в том числе от формы профиля резьбы, величины и характера нагрузок.

Если передача выполнена шариковинтовой и имеет арочный профиль, то зазор устраняют, создавая предварительный натяг при сборке винтовой пары. Гайка в этом случае получается цельной. Натяг может быть создан с помощью шариков несколько большего диаметра. Такой способ предполагает, что допуски на изготовление резьбы винта и гайки строго выдержаны и при сборке фактическое положение точек контакта шарика с профилем резьбы совпадает с расчётным.

При необходимости большего натяга шарики монтируют при разных температурах винта и гайки. Иногда применяют технологический приём, заключающийся в том, что винт шлифуют так, чтобы диаметр его по концам был меньше, чем в середине. Вследствие этого натяг в середине винта получается большим, чем на его концах. Шариковая винтовая пара, выполненная по такому принципу, применяется в механизмах управления автомобилей.

Оптимальные соотношения диаметра шариков и размера винтов могут быть получены только при наличии большого экспериментального материала. Так, например, в экспериментальном варианте конструкции со средним диаметром винта d₀= 26 мм и диаметром шариков 7 мм хорошие результаты были получены при отношении максимального диаметра винта к минимальному 1,115, что соответствует разности диаметров касания шариков 0,03 мм. Твёрдость поверхности витков винтов и гаек должна составлять 58…62 единиц по шкале Роквелла. Создание натяга за счёт размеров шариков вызывает повышенный износ деталей винтовой пары вследствие трения, а его преимущество состоит в снижении веса, габаритов и стоимости передачи.

Для винтов с трением скольжения предварительный натяг можно создавать как с помощью пружин, так и стягиванием двух полугаек, разрезанных вдоль оси винта.

На рис. 2.31 показана конструкция передачи, где с целью исключения осевого люфта гайка выполнена комбинированной. Она состоит из втулки 2 и прижимаемых кольцевой пружиной 4 к резьбе винта 1 резьбовых вкладышей 3. Вкладыши устанавливаются в радиальные прямоугольные отверстия, выполненные во втулке. Недостаток данной конструкции — малая нагрузочная способность из-за небольшой площади контакта между винтом 1 и резьбовыми вкладышами 3.

Для винтовых передач с треугольной, трапецеидальной резьбой устранение осевого люфта можно осуществить стягиванием двук полугаек 1 и 2 (рис. 2.32, а) либо обжатием специально выполненной гайки 2 хомутом 3 (рис. 2.32, в). Гайку для этой передачи выполняют с незаконченными продольными чередующимися прорезями.

Рис. 2.31. Безлюфтовая винтовая пара с малой нагрузочной способностью

Рис. 2.32. Устранение осевого зазора стягиванием

На рис. 2.32, в изображена безлюфтовая винтовая пара, которая обладает самоустанавливаемостью. Гайка 1 выполнена в виде трубки, которая является упругим элементом. Упругость ей придают продольные и поперечные прорези. Для устранения зазоров гайка обжимается браслетными пружинами 4. Поперечные прорези в теле гайки и аналогичные прорези в корпусе 3 расположены под прямым углом друг к другу и создают податливость конструкции для обеспечения соосности винта и внешнего корпуса гайки.

Устранение зазора регулированием относительного положения двух полугаек в осевом направлении выполняется либо усилием пружин, либо установкой прокладок между полугайками. Второй способ обеспечивает большую жёсткость передаче, а первый — авторегулирование, так как по мерс износа трущихся пар люфт выбирается автоматически.

На рис. 2.33 показана конструкция, существенно сокращающая осевые размеры гайки. Достигается это наличием в теле гайки специальных шлицевых прорезей. Передача содержит винт / и гайку, составленную из частей 2 и 3. Для осевого поджатая частей гайки к винтовой поверхности винта служит пружина 4. Часть 2 гайки имеет на наружной поверхности шлицы, а часть 3 — на внутренней поверхности шлицы, выполненные по среднему диаметру резьбы. Обе части гайки 2 и 3 сопряжены между собой шлицевым соединением. При наличии зазора в винтовой паре под действием пружины 4 часть 2 гайки смещается в осевом направлении относительно части 3. При этом части плотно прижимаются к соответствующим частям винтовой поверхности винта.

Рис. 2.33. Безтофтовая винтовая передача

Рис. 2.34. Двухсекционная гайка

На рис. 2.34 показана двухсекционная гайка, осевой зазор в которой ликвидируется установкой между секциями (полугайками 1 и 3) набора прокладок 2. Такая конструкция требует строгого соблюдения допуска на перпендикулярность рабочих поверхностей фланцев полугаек. При сборке с предварительным натягом болты 4 рекомендуется закручивать тарированными ключами. Болты (не менее 6 штук) должны быть равномерно распределены по окружности. Существенный недостаток конструкции — трудность точного регулирования из-за необходимости подбора тонких прокладок 2 (требуемая точность обычно 1 …2 мкм).

В шариковинтовых механизмах с круглым профилем резьбы зазор может быть устранен регулированием полугаск в угловом направлении. В этом случае для поворота одной полугайки относительно другой используют пружины, зубчатые муфты и винтовые устройства.

Рис. 2.35. Устранение люфта поворотом гаек

На рис. 2.35, а показан поворот одной части гайки 2 относительно другой 3 с помощью пружины 1. Жёсткость подобной гайки невелика и зависит от силы пружины. Способ отличается простотой, и в этом его несомненное достоинство.

Взаимный поворот полугаек с помощью зубчатых муфт наиболее распространён. Существует множество различных конструктивных решений, позволяющих достигнуть высокую точность регулировки [40, 42, 47]. Но основной принцип всех этих конструкций одинаков. На рис. 2.35, б показан один из таких механизмов, который состоит из двух полугаск 2 и б, втулки 4 и двух промежуточных колец 3 и 5. Обе полугайки имеют зубчатые венцы с числом зубьев, соответственно, Z, и Z₆ (предпочтительно иметь Z₂-Z₆= 1). Если повернуть каждую гайку относительно втулки 4 на один зуб, то при повороте обеих гаек в одну сторону их относительное угловое перемещение составит A

_b — 1/Z₂ = (Z, -Z₆)Z,/Z₆.

При этом полугайки в осевом направлении сместятся на величину Ах = А (рР — (Z, — Z₆)P/Z, Z₆, где Р — шаг резьбы.

Если принять Z,= 80, Z₆= 79 и шаг Р= 12 мм, то осевое взаимное перемещение составит Ах = 12(80- 79) /80•79 = 0,0019 мм.

Из числового примера видно, что конструкция допускает очень точную регулировку. Увеличением числа зубьев Z₂h Z₆ можно повысить ее точность. Взаимное сближение либо удаление полугаек зависит от направления вращения. После регулировки зазора кольца 3 и 5 вставляются на место, фиксируя положение полугаек 2 и б.

Таким же образом можно создать натяг в винтовой паре винт-гайка. При этом надо учесть, что осуществлять натяг в собранной винтовой паре чрезвычайно трудно, а иногда и просто невозможно. Для создания натяга применяют гладкий валик (вместо винта), диаметр которого равен внутреннему диаметру винта. Валик насаживается на шейку винта, затем весь собранный узел навинчивается (уже с натягом) на винт. Преимущество этого метода — возможность тонкого регулирования зазора и натяга.

На рис. 2.35, в, показан способ устранения зазора поворотом одной полугайки относительно другой специальными винтами, что позволяет выполнить достаточно тонкую регулировку и получить необходимый натяг в уже собранной винтовой парс.

Рис. 2.36. Устранение зазора в планетарном механизме с резьбовыми роликами

Планетарная передача качения винт-гайка с резьбовыми роликами может также выполняться с регулируемым натягом (рис. 2.36). Для этого используются две полугайки 3 и 8, заключенные в общий корпус 1 и поджимаемые крышкой 5 через регулировочное кольцо 4. Возникающая при этом радиальная составляющая прижимает ролики 10 к поверхности резьбы винта 6. Величина натяга зависит от толщины кольца и сжимающей силы.

Существует множество других решений рассматриваемой задачи [40, 42].