Подвижное резьбовое соединение с выравниванием нагрузки по виткам резьбы

Изобретение относится к машиностроению, к подвижным резьбовым соединениям. Резьбовое соединение включает в себя ходовой винт и гайку. Гайка имеет переменный средний диаметр резьбы, закон изменения которого различен для первых и последних ее витков. Приращение на среднем витке является точкой пересечения зависимостей. Закон изменения приращения среднего диаметра резьбы для первых витков представляет собой кубическую функцию, которая описывается следующей формулой:

где D₂ - средний диаметр резьбы; D_2ст - средний диаметр резьбы по стандарту; D - наружный диаметр резьбы; D₁ - внутренний диаметр резьбы; D_г - наружный диаметр тела гайки; z - координата гайки по высоте; Н - высота гайки; Р - шаг резьбы; α - угол профиля резьбы; Q_п - осевая сила при прямом ходе; Q_о - осевая сила при обратном ходе (реверсе); Е - модуль упругости материала гайки; µ - коэффициент Пуассона материала гайки. Обеспечивается оптимальная износостойкость соединения. 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, к подвижным резьбовым соединениям.

Известна конструкция резьбового соединения с выравниванием нагрузки по виткам, включающая в себя трехступенчатую гайку, болт и опорную втулку, в котором в целях выравнивания нагрузки ступени гайки имеют коническую форму, а средняя часть имеет расчетный диаметр из обеспечения условий равной податливости тел болта и гайки [патент РФ, №2412381, F16B 5/02, F16B 31/04].

Однако данная конструкция применима только к неподвижным резьбовым соединениям.

Известно резьбовое соединение, в котором резьба гайки имеет переменный средний диаметр [1, с.100, рис.4.31 - прототип]. За счет изменения среднего диаметра резьбы по высоте гайки, в соответствии с законом параболы для конкретного значения осевой силы, между витками болта и гайки образуются переменные зазоры, компенсирующие неравномерность деформации тел болта и гайки и выравнивающие нагрузку по виткам. Такая конструкция может быть применена и к подвижным нереверсивным резьбовым соединениям для выравнивания нагрузки. Недостатком такой конструкции является то, что она не может быть применима к реверсивным подвижным резьбовым соединениям, так как при реверсе изменяется направление взаимодействия витков, а следовательно, и распределение нагрузки. Поэтому наличие увеличенных зазоров в соответствии с равномерным распределением нагрузки приведет к образованию меньшей площади соприкосновения витков при обратном ходе и, как следствие, - к повышенному изнашиванию.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение заключается в разработке подвижного резьбового соединения с конструкцией гайки, обеспечивающей оптимальный для реверсивных механизмов закон распределения нагрузки по виткам в целях обеспечения оптимальной износостойкости соединения.

Резьбовое соединение включает в себя ходовой винт и гайку. Сущность изобретения состоит в том, что гайка имеет переменный средний диаметр резьбы, закон изменения которого различен для первых и последних ее витков, при этом приращение на среднем витке является точкой пересечения зависимостей, а закон изменения приращения среднего диаметра резьбы для первых витков представляет собой кубическую функцию, которая описывается следующей формулой:

где D₂ - средний диаметр резьбы; D_2ст - средний диаметр резьбы по стандарту; D - наружный диаметр резьбы; D₁ - внутренний диаметр резьбы; D_г - наружный диаметр тела гайки; z - номер витка; Н - высота гайки; Р - шаг резьбы; α - угол профиля резьбы; Q_п - осевая сила при прямом ходе; Q_о - осевая сила при обратном ходе (реверсе); Е - модуль упругости материала гайки; µ - коэффициент Пуассона материала гайки.

Предлагаемое резьбовое соединение показано на фиг.1, 2, 3, и 4. На фиг.1 изображено резьбовое соединение в сборе (разрез с изображением профиля резьбы), на фиг.2 - пример закона изменения приращения среднего диаметра резьбы гайки в зависимости от номера витка по ее высоте - ΔD₂=f(z); на фиг.3. показан пример оптимального закона интенсивности распределения нагрузки по виткам гайки для реверсивного винтового механизма q=f(z), а на фиг.4 - увеличенное изображение профиля резьбы.

Резьбовое соединение включает в себя ходовой винт 1 и гайку 2. Гайка 2 выполнена с переменным средним диаметром, изменяющимся по ее высоте для витков, работающих при реверсе, по закону параболы в соответствии с формулой (4.57) [1, с.101], а для витков, работающих при прямом ходе, - по закону кубической функции (1), учитывающим нагрузку, как при прямом, так и при обратном ходе.

Работает соединение следующим образом: при вращении ходового винта 1 происходит контакт витков ходового винта 1 и гайки 2, вынуждая гайку 2 совершать поступательное движение вдоль оси (в случае незакрепленной гайки 2), или же вынуждая ходовой винт 1 совершать винтовое движение с вращением вокруг своей оси и перемещением вдоль нее (в случае закрепленной гайки).

Использование переменного среднего диаметра резьбы по высоте гайки 2 создает между витками ходового винта 1 и гайки 2 переменные радиальные зазоры, что приводит к образованию переменных осевых зазоров и, как следствие, к более благоприятному распределению нагрузки по виткам, за счет компенсации неравномерности деформации тела гайки. Расчет приращения среднего диаметра резьбы гайки 2 при прямом ходе в соответствии с законом (1) обеспечивает оптимальное распределение нагрузки по виткам гайки 2 с учетом реверса механизма, полученное линейной регрессией рассчитываемой усредненной характеристики распределений нагрузки при прямом и обратном ходе. Такая характеристика распределения нагрузки обеспечивает снижение износа средних витков по сравнению с характеристикой, получаемой с использованием симметричного параболического закона изменения среднего диаметра резьбы, и в целом способствует минимальному износу всех витков гайки 2 в течение работы механизма. Таким образом, сокращается период приработки соединения, и обеспечивается оптимальная его износостойкость.

Источники информации

1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 368 с.

Подвижное резьбовое соединение с выравниванием нагрузки по виткам резьбы, включающее в себя ходовой винт и гайку, отличающееся тем, что гайка имеет переменный средний диаметр резьбы, закон изменения которого различен для первых и последних ее витков, при этом приращение на среднем витке является точкой пересечения зависимостей, а закон изменения приращения среднего диаметра резьбы для первых витков представляет собой кубическую функцию, которая описывается следующей формулой:

где D₂ - средний диаметр резьбы;
D_2ст - средний диаметр резьбы по стандарту;
D - наружный диаметр резьбы;
D₁ - внутренний диаметр резьбы;
D_г - наружный диаметр тела гайки;
z - координата гайки по высоте;
H - высота гайки;
Р - шаг резьбы;
α - угол профиля резьбы;
Q_п - осевая сила при прямом ходе;
Q_о - осевая сила при обратном ходе (реверсе);
Е - модуль упругости материала гайки;
µ - коэффициент Пуассона материала гайки.