Винтовые передачи линейных приводов

Представлены конструкции и основные исполнения винтовых передач скольжения и качения. Рассмотрены основные геометрические и эксплуатационные параметры передач, особенности их конструкций, изготовления, метрологического контроля и сборки. Особое внимание уделено роликовинтовым передачам качения, которые являются наиболее перспективными преобразователями вращательного движения в поступательное, и описаны основные применяемые на практике конструкции передач. На примере наиболее простой конструкции роликовинтовой передачи качения с осевым люфтом подробно рассмотрены кинематические, силовые расчеты, расчеты по определению ее статической грузоподъемности и прогнозированию динамической грузоподъемности и ресурса. Большинство расчетов сопровождается примерами. Представлен новый подкласс роликовинтовых передач качения — безгаечных, более простых в изготовлении и поэтому перспективных для машиностроения России. Даны результаты теоретических и экспериментальных исследований этого нового подкласса.

Для магистрантов технических университетов, изучающих дисциплину «Линейные приводы специального назначения». Может быть полезно студентам и аспирантам при изучении курса «Детали машин», а также специалистам и преподавателям в области машиностроения.

Список литературы

1. Боголюбов А.Н. Творения рук человеческих (Естественная история машин). М.: Знание. 1988. 173 с.
2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для втузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1988. 640 с.
3. Актуаторы SKF. Стандартный ассортимент. SKF group, 2009. 84 с. URL: https://technobearing.ru/d/877366/d/aktuatoryskf.standartnyyassortiment.pdf (дата обращения 12.02.2020).
4. Exlar. Электроцилиндры серии GSX. Каталог продукции. 2009. URL: https://driveka.ru/upload/iblock/709/gsx%20series%20lpartner%20editionu.pdf/ (дата обращения 28.01.2021).
5. Машиностроение: энцикл. в 40 т. / гл. ред. К.В. Фролов. М.: Машиностроение, 1994–2013. Т. IV-1, 1995. 864 с.
6. Ивасышин Г.С., Блинов Д.С. Протон-фотонные явления при изнашивании деталей машин // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2015. Т. 1, № 1. С. 1–12
7. Технический регламент «О безопасности транспортных средств», утвержденный Постановлением Правительства РФ от 10 сентября 2009 г. № 720.
8. Постановление Правительства РФ от 12 октября 2005 г. № 609 «О требованиях к выбросам автомобильной техники, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» (с изменениями от 27 ноября 2006 г., 26 ноября 2009 г., 8 декабря 2010 г.)
9. Научно-технический энциклопедический словарь. URL: https://my-dict.ru/dic/nauchno-tehnicheskiy-enciklopedicheskiy-slovar/ (дата обращения 25.01.2021).
10. Рельеф из гробницы Аменхотепа, главного врача и писца фараона. Новое царство, ранняя 19-я династия: Толедский музей искусств. URL: https:// https://coollib.com/b/351361/read/ (дата обращения 25.01.2021).
11. Оливковое масло: производство в древности. URL: https://zen.yandex.ru/media/foodandhistory/olivkovoe-maslo-proizvodstvo-v-drevnosti-5d97742d2beb4900adf5ba1d/ (дата обращения 25.01.2021).
12. Детали машин: учебник для вузов / под ред. О.А. Ряховского. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. 465 с.
13. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.
14. Наговицын В.А. Передачи винт — гайка качения производства ПО «Ижмаш» // Станки и инструмент. 1985. № 12. С. 11–12.
15. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 543 с.
16. Лекции по деталям машин. Подшипники качения. URL: https://studizba.com/lectures/129-inzhenerija/1869-lekcii-po-detaljam-mashin/36468-15-podshipniki-kachenija.html (дата обращения 25.01.2020).
17. Краткая история появления винтов ШВП. URL: https://darxton.ru/blog/novaya-statya-kratkaya-istoriya-poyavleniya-vintov-shvp/ (дата обращения 25.01.2020).
18. Павлов Б.И. Шариковинтовые механизмы в приборостроении. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 134 с.
19. Крайнев А.Ф. Детали машин: словарь-справочник. М.: Машиностроение, 1992. 480 с.
20. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. 496 с.
21. Шариковинтовая передача. URL: https://inautomatic.ru/2018/01/28/sharikovo-vintovaya-peredacha/ (дата обращения 26.01.2020).
22. Многозаходные винты ШВП. URL: https://vys-tech.ru/2019/01/13/mnogozaxodnye-vinty-shvp/ (дата обращения 27.01.2020).
23. Ballscrews. Technical information: Catalog. Hiwin, Taiwan, 2015. URL: https://pdf.directindustry.com/pdf/hiwin-gmbh/ballscrews/14370-67561.html/ (да-та обращения 01.02.2020).
24. Ефремов Г.Л. К определению коэффициента полезного действия роликовых винтовых механизмов. Теория передач в машинах. М.: Наука, 1971. С. 96–101.
25. Горбунов А. Шариковинтовая передача движения. URL: https://stankiexpert.ru/tehnologii/shariko-vintovaya-peredacha-dvizheniya.html/ (дата обращения 30.01.2020).
26. ШВП, РВП и ходовые винты — в чем ключевые различия? URL: https://darxton.ru/wiki-article/shvp-rvp-i-khodovye-vinty-v-chem-klyuchevye-razlichiya/ (дата обращения 13.02.2020).
27. Patent № 2683379 US. Linear actuator / Bruno Strandgren Carl. 1954.
28. История создания пассажирского лайнера «Конкорд». URL: https://ria.ru/20100725/257362168.html (дата обращения 30.01.2020).
29. Блинов Д.С. Планетарные роликовинтовые механизмы. Конструкции, методы расчетов / под ред. проф. О.А. Ряховского. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 222 с.
30. Рязанцева И.Л. О профильной модификации тяжелонагруженных зубчатых колес // Омский научный сборник. 2011. № 2. С. 73–76.
31. Кинематика планетарных роликовинтовых механизмов / П.А. Соколов, О.А. Ряховский, Д.С. Блинов, И.А. Лаптев // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2005. № 1. С. 3–14.
32. Блинов Д.С., Ряховский О.А., Соколов П.А. Численный метод определения точки первоначального контакта витков двух винтов с параллельными осями и различными углами подъема резьбы // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 1996. № 3. С. 93–97.
33. Блинов Д.С., Зенкина Я.П. Общий случай определения размеров и полей допусков на них для резьбовых деталей планетарных роликовинтовых механизмов // Наука и образование: научное издание. 2017. № 4. С. 16–32.
34. Ряховский О.А., Сорокин Ф.Д., Соколов П.А. Вычисление радиального смещения осей винта и ролика и положения точки контакта резьбы винта и ролика в планетарном роликовинтовом механизме // Известия вузов. Машиностроение. 2011. № 6. С. 7–14.
35. SKF. Roller screws. URL: https://prmeh.ru/pub/catalogues/skf/data/new_receipt/14489_roller_screw_catalogue_tcm_en.pdf/ (дата обращения 25.01.2021).
36. Блинов Д.С. Разработка научно-методических основ расчета и проектирования планетарных роликовинтовых механизмов, имеющих многочисленные избыточные связи: дис. … д-ра техн. наук. М., 2007. 373 с.
37. Козырев В.В. Анализ и синтез роликовинтовых передач как исполни-тельных механизмов электромеханических приводов: дис. … д-ра техн. наук. Владимир, 1995. 413 с.
38. Морозов В.В., Костерин А.Б., Жданов А.В. КПД роликовинтовых механизмов // Вестник машиностроения. 2018. № 1. С. 33–36.
39. Козырев В.В. Конструкции роликовинтовых передач и методика их проектирования. Владимир: ВлГУ, 2004. 102 с.
40. Козырев В.В. Коэффициент полезного действия планетарной передачи винт — гайка с резьбовыми роликами // Известия вузов. Машиностроение. 1986. № 6. С. 43–47.
41. Марголин Л.В. Планетарная передача винт — гайка качения с резьбовыми роликами // Станки и инструмент. 1970. № 1. С. 42–43
42. Jiro O., Shideo F., Takashi O. Fundamental study of planetary screw-structure and apparent coefficient of friction // J. Jap. Soc. Precis. Eng. 1986. Vol. 52, no. 1. Pp. 179–180.
43. Jiro O., Shideo F., Takashi O. Fundamental study of planetary screw-structure and apparent coefficient of friction // Bull. Jap. Soc. Precis. Eng. 1987. Vol. 21, no. 1. Pp. 43–48.
44. Морозов М.И. Метод определения рациональных параметров силовых безгаечных роликовинтовых механизмов: дис. … канд. техн. наук. М., 2018. 155 с.
45. Носов А.С. Повышение нагрузочной способности и ресурса беззазорных планетарных роликовинтовых механизмов конструктивными методами: дис. … канд. техн. наук. М., 2019. 178 с.
46. Способ измерения профилей резьб роликов планетарных роликовинтовых передач и обработка результатов / Д.С. Блинов, О.А. Ряховский, П.А. Соколов и др. // Вестник машиностроения. 1998. № 7. С. 26–29.
47. Блинов Д.С. Определение числа циклов нагружения витков резьбы деталей планетарных роликовинтовых передач // Справочник. Инженерный журнал. 2003. № 7. С. 19–25.
48. Атлас конструкций узлов и деталей машин: учебное пособие / Под ред. О.А. Ряховского. М.: Изд-во МГТУ, 2007. 384 с.
49. Козырев В.В. Сравнение жесткости шариковых и роликовых передач винт — гайка // Вестник машиностроения. 1987. № 5. С. 38–41.
50. Козырев В.В. Сравнение параметров шариковых и роликовых передач винт — гайка // Станки и инструмент. 1990. № 5. С. 20–26.
51. Козырев В.В. Сравнение шариковых и роликовых передач винт — гайка // Вестник машиностроения. 1983. № 11. С. 30–34.
52. Зенкина Я.П. О нагрузочной способности винтовых механизмов качения // Политехнический молодежный журнал. 2017. № 8. С. 1–7.
53. Ряховский О.А., Воробьев А.Н., Марохин А.С. Планетарный роликовинтовой механизм преобразования вращательного движения в поступательное, выполненный по «перевернутой» схеме // Известия вузов. Машиностроение. 2013. № 9. С. 44–48.
54. Ряховский О.А., Сорокин Ф.Д., Марохин А.С. Расчет максимальных нормальных напряжений и размеров пятна контакта в роликовинтовом механизме «перевернутого» типа, нагруженного осевой силой // Известия вузов. Машиностроение. 2016. № 1. С. 35–42.
55. Ряховский О.А., Сорокин Ф.Д., Марохин А.С. Расчет радиальных смещений осей гайки и роликов и положения точки контакта резьбы гайки и роли-ков в планетарном ролико-винтовом механизме, выполненном по «перевернутой» схеме // Известия вузов. Машиностроение. 2013. № 11. С. 12–19.
56. ГОСТ 18855–2013. Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность. М.: Стандартинформ, 2014. 55 с.
57. Блинов Д.С., Василюк В.О. О влиянии количества заходов резьбы винта и гайки планетарных роликовинтовых механизмов на их основные параметры // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2016. № 6. С. 23–37.
58. Айрапетов Э.Л. Статическая нагруженность многопарных передач зацеплением // Вестник машиностроения. 1990. № 1. С. 16–21.
59. Жданов А.В., Степенькин А.В., Шаламберидзе А.З. Теоретические исследования распределения нагрузки по виткам резьбы роликовинтовых механизмов // Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 2. С. 87–90.
60. Способ измерения рабочих поверхностей ходовых резьб и обработка полученных результатов / Д.С. Блинов, О.А. Ряховский, П.А. Соколов и др. // Вестник машиностроения. 1997. № 2. С. 7–9.
61. Определение размеров и полей допусков для основных деталей планетарных роликовинтовых передач / Д.С. Блинов, О.А. Ряховский, П.А. Соколов и др. // Справочник. Инженерный журнал. 2006. Приложение № 7. 24 с.
62. Блинов Д.С., Колобов А.Ю., Дикун Е.В. Проектирование планетарных роликовинтовых механизмов для электромеханических приводов летательных аппаратов (теория) // Справочник. Инженерный журнал. 2018. № 8. С. 14–23.
63. ГОСТ 18854–2013 (ISO 76:2006). Подшипники качения. Статическая грузоподъемность. М.: Стандартинформ, 2014. 18 с.
64. Расчеты на прочность в машиностроении / С.Д. Пономарев, В.Л. Бидерман, К.К. Лихарев и др. М.: Машгиз, 1958. Т. 2, 974 с.
65. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. 832 с.
66. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968. 288 с.
67. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. Санкт-Петербург: Лань, 2010. 400 с.
68. Блинов Д.С., Морозов М.И. Разработка методики силового расчета безгаечной роликовинтовой передачи // Справочник. Инженерный журнал. 2015. № 4. С. 10–20.
69. ГОСТ 831–75. Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные. Основные типы и размеры. М.: Стандартинформ, 2005. 13 с.
70. ГОСТ 18855–94. Подшипники качения. Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс (долговечность). М.: Стандартинформ, 2009. 19 с.
71. Блинов Д.С., Морозов М.И. Прогнозирование нагрузочной способности роликовинтовых механизмов // Приводы и компоненты машин. 2014. № 1. С. 12–14.
72. Блинов Д.С., Морозов М.И. Прогнозирование ресурса винтовых механизмов качения // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2015. № 2. С. 24–41.
73. Лаптев И.А. Разработка и исследование безгаечных роликовинтовых механизмов: дис. … канд. техн. наук. Москва. 2014. 134 с.
74. Бушенин Д.В. Несоосные винтовые механизмы. М.: Машиностроение, 1985. 112 с.
75. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное / Д.С. Блинов, О.А. Ряховский, П.А. Соколов и др. / Патент № 2272199 Российская Федерация. 2006. Бюл. № 8.
76. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное / Д.С. Блинов, О.А. Ряховский, П.А. Соколов и др. / Патент № 2310785 Российская Федерация. 2007. Бюл. № 32.
77. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное (варианты) / Д.С. Блинов, Г.П. Кондрашова, О.А. Ряховский и др. Патент № 2374527 Российская Федерация. 2009. Бюл. № 33.
78. Блинов Д.С., Лаптев И.А., Фролов А.В. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное / Патент № 2463500 Российская Федерация. 2012. Бюл. № 28.
79. О модификации резьбы деталей планетарных роликовинтовых механизмов / Д.С. Блинов, В.Ф. Алешин, А.В. Кулиш и др. // Наука и образование: научное издание. 2010. № 7. 13 с.
80. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1987. 352 с.
81. Блинов Д.С., Морозов М.И. Особенности контроля средних диаметров наружной резьбы деталей роликовинтовой передачи // Наука и образование: научное издание. 2014. № 10. С. 29–43.
82. Блинов Д.С., Морозов М.И., Анисимов П.Д. Программа обработки результатов измерения на контурографе профиля треугольной или трапецеидальной резьбы, заданного точками / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015612274. 2015. Бюл. № 3.
83. Анисимов П.Д., Блинов Д.С., Леонтьев С.К. и др. Программа обработки результатов измерения на контурографе резьбы с профилем витков, очерченных с двух сторон радиусом окружности / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618732. 2015. Бюл. № 9.
84. Анисимов П.Д., Блинов Д.С., Леонтьев С.К. и др. Программа преобразования осей координат для анализа результатов измерения на контурографе профиля резьбы / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618733. 2015. Бюл. № 9.
85. Блинов Д.С., Морозов М.И., Анисимов П.Д. Математическое и программное обеспечение для обработки результатов метрологических измерений деталей роликовинтовой передачи // Наука и образование: научное издание. 2015. № 1. С. 12–21.
86. Патрон для зажима в сборе винта и n резьбовых роликов с двумя шейками безгаечной роликовинтовой передачи / А.А. Алексашин, С.К. Леонтьев, Д.С. Блинов и др. Патент на полезную модель № 146718 Российская Феде-рация. 2014. Бюл. № 29.
87. Блинов Д.С., Морозов М.И., Басова С.С. О формуле по определению перемещений точек плоского кольца, нагруженного сосредоточенными одинаковыми радиальными силами, приложенными с одинаковым шагом по окружности // Справочник. Инженерный журнал. 2016. № 4. С. 8–16.
88. Блинов Д.С., Морозов М.И. Разработка методики расчета напряженно- деформированного состояния деталей безгаечной роликовинтовой передачи // Справочник. Инженерный журнал. 2015. № 5. С. 8–16.
89. Прочность, устойчивость, колебания: справ.: в 3 т. / под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. Т. 1. 832 с.
90. Перспективы внедрения электроприводов на базе роликовинтовых механизмов в изделия авиационной техники / А.А. Алексашин, С.К. Леонтьев, Д.С. Блинов и др. // Техника воздушного флота. 2013. Т. LXXXVII, № 2 (711). С. 12–20.
91. Леонтьев С.К., Блинов Д.С., Морозов М.И. Конструкции перспективных роликовинтовых механизмов электромеханических приводов авиационной и ракетной техники // Матер. Всерос. науч.-техн. конф. «ХI Научные чтения, посвященные памяти Н.Е. Жуковского». М.: Изд. дом Академии имени Н.Е. Жуковского, 2014. С. 207–211.
92. Перспективные роликовинтовые механизмы электромеханических приводов для авиационной и ракетной техники / Д.С. Блинов, С.К. Леонтьев, М.И. Морозов и др. // Вестник воздушно-космической обороны. 2017. № 1 (13). С. 66–71.
93. Блинов Д.С., Морозов М.И. Экспериментальные исследования безгаечной роликовинтовой передачи (материальное обеспечение) // Справочник. Инженерный журнал. 2017. № 10. С. 11–18.
94. Блинов Д.С., Морозов М.И. Экспериментальные исследования безгаечной роликовинтовой передачи (результаты исследований) // Справочник. Инженерный журнал. 2018. № 4. С. 18–27.
95. Блинов Д.С., Дубовецкий Б.О., Верещака Н.В. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное / Патент на изобретение № 2522730 Российская Федерация. 2014. Бюл. № 20.
96. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное / С.К. Леонтьев, Н.В. Пальченко, Д.С. Блинов и др. / Патент на полезную модель № 154547 Российская Федерация. 2015. Бюл. № 24.
97. Блинов Д.С., Молдокулов А.А., Морозов М.И. Повышение технологичности роликовинтовых механизмов путем разработки рациональных конструктивных и технологических решений. Ч. 2 // Приводы и компоненты машин. 2018. № 6. С. 13–18.
98. Блинов Д.С., Молдокулов А.А., Морозов М.И. Повышение технологичности роликовинтовых механизмов путем разработки рациональных конструктивных и технологических решений. Ч. 3 // Приводы и компоненты машин. 2019. № 3–4. С. 15–20.
99. Блинов Д.С., Морозов М.И. Неравномерность распределения нагрузки между сопрягаемыми витками ролика и винта с гайкой планетарной роликовинтовой передачи // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2014. № 9. С. 1–14.
100. Устройство для преобразования вращательного движение в поступательное / С.К. Леонтьев, Н.В. Пальченко, Д.С. Блинов и др. / Патент на полезную модель № 154625 Российская Федерация. 2015. Бюл. № 24.