автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Рациональный выбор предварительного натяга в планетарных ролико-винтовых передачах с учетом точности изготовления

1 и С .1

2 1\ ИПЯ '007

На правах рукописи УДК 621.88.833

СОКОЛОВ ПАВЕЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯГА В ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКО-ВИНТОВЫХПЕРЕДАЧАХ С УЧЕТОМ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

0S.02.02 - Машиноведение и детали машин

I

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им.Н.З.Баумана.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Ряховский O.A.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Козырев В.В.

- кандидат технических наук, доцент Марголин Л.В.

Ведущее предприятие - АО "Москзич"

Защита диссертации состоится " " _ 1997 года

на заседании диссертационного совета К 053.15.11 в Московском государственном техническом университете им. H.A. Баумана по адресу: 107005 г.Москва, ул. 2-ая Бауманская, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах. заверенных печатью, просим высылать в адрес института.

Автореферат разослан 10 ноября 1997 г.

ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

nonos П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Прогресс в области' машиностроения предъявляет особые требования к силовым механизмам линейного перемещения. Известны механизмы для создания линейных перемещении (гидравлические, пневматические, зубчатые). Однако наряду с ними широкое распространение получили механические передачи винт-гайка из-за технологичности конструкции, незначительной массы и габаритов, высокой надежности, несложного обслуживания. Из многообразия конструкций передач винт-гайка наиболее распространены передачи скольжения и шариковинтовые передачи (ШВП), недостатки которых вызвали необходимость создания более совершенных передач.

Поиск новых конструкций передач винт-гайка привел к созданию планетарных ролико-винтовых передач (ПРВП), в которых трение скольжения, в основном, заменено трением качения. Особенностью ПРВП является наличие тел качения в виде резьбовых роликов, расположенных между винтом и гайкой и совершающих планетарное движение относительно оси ходового винта.

ПРВП уступает винтовой- передаче скольжения по нагрузочной способности и технологичности, превосходя ее по предельной частоте вращения ходового винта, КПД, кинематической точности, диапазону варьирования подачи гайки. ПРВП превосходит ШВП по предельной чзстоте вращения ходового винта, осевой грузоподъемности, долговечности, осевой жесткости, диапазону варьирования подачи гайки.

В ПРВП, к которым предъявляется высокие требования по кинематической точности и точности отрабатывания заданного закона движения, создают предварительный натяг путем предварительного прижатия рабочих поверхностей сопрягаемых витков резьбы ходового винта, роликов и гайки друг к другу. Это повышает осевую жесткость и кинематическую точность передачи, однако снижает КПД, нагрузочную способность и увеличивает износ. Предварительный натяг должен быть тагам, чтобы передача обладала требуемыми характеристиками как при первом регулировании, так и прк последующем.

Регулирование лреднатягй лс££.ет абеслечить требуемы* характеристики новых передач, а также зссзтановять величины

осевой жесткости к кинематической погрешности передач, у которых данные характеристики вышли за допустимые пределы при эксплуатации. Таким образом, изучение проблемы создания предварительного натяга в ПРВП является актуальной научной задачей, решение которой будет способствовать повышению работоспособности ПРВП приводов промышленного оборудования.

Цель работа.

Повышение ресурса ПРВП, с обеспечением требуемых величин осевой жесткости, кинематической погрешности, КОД, путем научно-обоснованного расчета, создания и контроля рациональных значений предварительного натяга в сопряжениях витков резьбы ходового винта, роликов и гайки.

Автор защищает:

- физическую модель ПРВП;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволившие установить зависимости основных характеристик ПРВП: осевой жесткости, кинематической точности, КПД, от предварительного натяга в сопряжениях витков резьбы ходового винта, роликов и гайки;

- методику расчета, создания и контроля рациональных значений преднатяга в сопряжениях витков резьбы ходового винта, роликов и гайки.

Методы исследования. Результаты работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований с использованием ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на уникальных, специально сконструированных стендах, оснащенных высокоточной измерительной аппаратурой. Теоретические исследования проводились с использованием основ теоретической механики, теории упругости, математической статистики.

Степень обоснованности научных положений. Достоверность полученных в диссертации результатов обусловлена корректным выбором расчетных моделей, использованием фундаментальных положений механики, теории упругости, применением высокоточной измерительной аппаратуры и положительным опытом внедрения результатов работы.

Научная новизна. Разработана научно-обоснованная методика расчета, создания и контроля рациональных значений преднатяга в ПРВП, позволяюгцих максимально реализовать возможности передачи. Получены результаты высокоточных измере-

ний геометрии профиля и шероховатости сопряженных поверхностей деталей ПРВП, позволившие установить вид функции распределения погрешностей шага резьбы ходового винта, роликов и гайки. Установлены зависимости между преднатягом и основными характеристиками ПРВП.

Практическая значимость. На основе обширных исследований получены величины основных характеристик ПРВП при различном преднатяге, что позволило разработать и внедрить в производство методику регулирования ПРВП и мероприятия по восстановлении величины осевой жесткости ПРВП. Разработан уникальный экспериментальный комплекс для проведения всесторонних испытаний передач винт-гайка.

Реализация полученных результатов. Результаты исследований внедрены на участке наладки приводов манипуляторов роботов цеха сварки кузовов АО "Москвич".

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на седьмой НТК профессорско-преподавательского состава и студентов ПГТУ (Пенза, 1996г.); на международной НТК "Точность автоматизированных производств" (ТАП-97) (Пенза, 1997г.); на заседании кафедры "Детали машин" МГТУ им. Баумана, 1997г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 печатных работах.

Структура и объеы работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов по главам,' общих выводов, содержит 95 страниц машинописного теста, 29 рисунков, 4 таблицы, списка литературы из 58 наименований. Объем приложений 10 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы и изложены основные положения, выносимые на ззщпу.

В первой главе выполнен обзор известных конструкций ПРВП и областей их применения. Все конструкции ПРВП' подразделены на три группы по способу преобразован;« вращательного движения ходового винта в поступательное движение гайкк.

К первой группе относят ПРВП. в кстсркх при ?.ря"-^к::п

направлении относительно ::одсв-г: -.::кта. ..-¡::чь ..

ганки одинаковые. а злина холеного ?.;:кт.= превышает длину рс-

3

ликов, поэтому передачи получили название ПРВП с короткими роликами.

Ко второй группе относят передачи, разработанные в нашей стране профессором В.В. Козыревым. В этих передачах гайка перемещается относительно блока винта с роликами. Длина роликов равна длине ходового винта и превышает длину гайки, поэтому передачи получили название ПРВП с длинными роликами.

К третьей.группе относят ПРВП, в которых при вращении ходового винта ролики и гайки перемещаются в осевом направлении на различные величины. Такие передачи получили название ПРВП с рецеркуляцией роликов.

В ПРВП каждой группы .целесообразно создание предварительного натяга. Сущность предварительного натяга заключается в устранении зазоров в сопряжениях витков резьбы ходового винта, роликов и гайки и создании предварительной упругой деформации контактирующих поверхностей. Предварительная нагрузка, создающая этот натяг, замыкается на детали передачи. Термин "предварительная нагрузка" (далее преднагрузка) является силовым параметром, а термин "предварительный натяг", также применяемый при регулировании подшипников, геометрическим.

Рассмотрены конструктивные способы создания преднатяга, условно разделенные на две группы.

К первой группе относят способы, основанные на осевом сближении витков резьбы гайки 1 с витками резьбы роликов 2 (рис.1). Витки резьбы роликов сближаются с витками резьбы ходового винта 3 под воздействием предварительной силы Рс. В этом случае гайка состоит из двух полугаек, между которыми расположен компенсатор 4. Полезная внешняя осевая сила воспринимается только одной из полугаек. В этой группе определяющей величиной является предварительная осевая нагрузка (Р. Н) на сопряжения витков резьбы ходового винта. роликов к галки. Преднагрузка, действующая на витки резьбы ходового винта, роликов и гайки определяется толщиной компенсатора, ограничивающего сближение полугаек, и предварительной осевой силой сжатия полугаек.

Ко второй группе откосят способы., основанные на создании геометрического натяга в собранной ПРВП путем уменьшения величины внутреннего диаметра гайки. Гайка делается неразрезной, полезную внешнюю осевую силу воспринимают практически 4

все сопряженные витки, обеспечивая высокую несущую способность ПРВП, а определяющей величиной является разность размеров резьб деталей передачи, т.е. предварительный натяг (N0, мм).

В результате обзора литературных источников установлено, что наибольшее применение имеют ПРВП с короткими роликами", " один типоразмер которых серийно выпускается на ПТО АвтоВАЗ (см. рис.1). В конструкциях ПРВП, в том числе серийной ПРВП ПТО АвтоВАЗа, имеются резервы повышения работоспособности за счет изменения способа создания преднатяга. В литературе отсутствуют зависимости по определению величины преднатяга, обеспечивающего рациональные значения осевой жесткости, кинематической точности и КПД ПРВП, а в методиках расчета нагрузочной способности и долговечности Используются формулы, применяемые для расчетов ШВП.

В связи с вышеизложенным и в соответствии с поставленной целью были сформулированы основные задачи работы:

- проанализировать способы создания предварительного натяга;

- измерить геометрические параметры профиля и шероховатости сопряженных поверхностей деталей ПРВП и определить закон распределения погрешностей шага резьбы ходового винта и роликов;

- разработать методику расчета рациональных значений преднатяга в ПРВП;

- создать экспериментальную установку, разработать методики проведения эксперимента и экспериментально исследовать основные характеристики ПРВП;

- определить влияние предварительного натяга з сопряжениях витков резьбы ходового винта, роликов и гайки ПРВП ка кинематическую погрешность, осевую жесткость, КЦЦ;

- определить характер и причины изменения величины осевой жесткости ПРВП в процессе работы и разработать мероприятия по ее восстановлению, констатировать, по возможности, причины отказа ПРБП.

Вторая глава посвятена высокоточным метрсдсгическзгм • мепенияк геометош! z~'ir: ттгзтсхкосте"^ ■ ■ - ----г-

роликов и гайки, огре^елених; гакс-коз распр^л«:-;* псгр-г . костей шага резьбы винта и роликов. Ь глав? -=кя

5

характеристика объекта исследования, выбрано измерительное оборудование, изложена методика проведения и результаты обработки метрологических измерений геометрии резьбовых поверхностей ходового винта, роликов и гайки.

В качестве объекта исследования, в данной работе, использовали серийную приработанную ПРВП 48/8 (48-средний диаметр резьбы ходового винта, мм, 8-подача гайки, мм/об) производства ПТО АвтоВАЗ, в которой резьба ходового вита, роликов и гайки имеет правое направление, а также ПРВП, состоящую из неприработанной ПРВП с ходовым винтом, резьба которого левого направления, и гайки с роликами серийной ПРВП 48/8.

Для определения величин и характера распределения погрешностей изготовления резьбы ходовых винтов, роликов и гайки, определения качества обработки рабочих поверхностей, необходимых для их моделирования, были проведены высокоточные метрологические измерения. В качестве измерительного оборудования использовали сертифицированный компьютеризованный прибор Form Talysurf (производитель - фирма "Taylor Hobson", Англия) для измерения профиля и шероховатости поверхности, механически сканирующий исследуемый профиль на длине до 120 мм, с точностью до 0,1 мкм на длине 20 мм . Прибор позволяет получить массив координат точек поверхности с варьируемым шагом дискретизации измерения (до 1 мкм), обработать его с помощью ПЭВМ и запротоколировать.

Ходовые винты, гайка и ролики были измерены в трех осевых плоскостях, повернутых относительно друг друга на 120°. Ходовые винты были исследованы на трех участках (в нзчале резьбового участка, по середине участка и в конце). Суммарную длину оценки резьбы каждого ходового винта принимали равной 450 мм. Длину оценки резьбы роликов и гайки принимали равной длине их резьбовой части (70 мм).

В результате измерения профиля резьбы были получены массивы координат точек поверхности. Для обработки координат 450 ООО точек поверхности ходозого винта с левой резьбой и координат 4000 точек винтовой поверхности роликов были разработаны специальные пакеты программ. В результате измерений определяли, что профиль обеих сторон витка резьбы ролика состоит из трех участков: среднего прямолинейного, который образовался за счет износа в процессе приработки, и двух ра-6

диусных, с радиусом И, которых износ нэ затронул. Прямолинейный участок имеет протяженность соответствующую примерна 1/3 от высоты профиля витка. Итоговые средние значения параметров профиля витков резьбы ходового винта с левой резьбой и роликов представлены, соответственно, в табл. 1 и табл.8. Полученные значения погрешностей шага резьбы обработали с помощью ПЭВМ. По критериям согласия Колмогорова и Ястремско-го определили, что распределение погрешностей шага резьбы подчиняется нормальному закону. Параметры распределения для ходового винта с левой резьбой: среднее значение равно 1,600 мм, среднее квадратическое отклонение равно 6,835*Ю-4 мм.

Параметры шероховатости. рабочих поверхностей витков резьбы, необходимых при их моделировании, также определили с помощью ПЭВМ. Итоговые средние значения параметров шероховатости представлены в табл. 3.

Полученные результаты показали следующее. Распределение погрешностей шага резьбы подчиняется нормальному закону. Точность изготовления резьбы высокая - погрешности соизмеримы о десятыми долями микрометра. Все параметры для большинства измеренных витков имеют разброс в узком диапазоне. Величина износа витков резьбы роликов носит случайный характер и изменяется в зависимости от погрешностей шага резьбы. Полученная информация использована при моделировании взаимодействия контактирующих деталей ПРВП.

В третьей главе разработана физическая модель ПРВП (рис.2) с учетом контактных и собственных деформаций деталей при следующих допущениях, принятых ка основании метрологических измерений и опытны;-: данных: передача изготовлена абсолютно точно и каждая из полугаек при предкагружении перемещается на одинаковую величину в осевом направлении; тела роликов, ходового винта, а также витки резьбы жесткие. Приведена научно-обоснованная методика расчета предварительной осевой силы сжатия полугаек и толикны компенсатора.

Физическая модель (см. рис.2) представляет собой конструкцию ПРВП с витками полугаек 1. роликов 2 ходового винта 3. Контактные податливости имитируются упгчтими элементами. котопые о^оэнзченч ^вгнеп'";--"-"-:'1."' - г*-*-лт ~ — т-.^т-г востями между соответствующими деталями: . лгк,, лС.э .. т.д. Собственные попатлквости обозначали ¿укгэй X с индек

7

Таблица I.

Сторон» профиля витка Средние значения параметров, измеренных на ЗОвпкы Результаты измерения

1 участо* 2 участок 3 участок

левая Шаг по реальному профилю витков, мм Шаг по аппроксимированному пр&юлинеКному профшоэ жило», кк Угол наклона стороны профиля от вертикали Опаюнашпитртюширспнта прямолинейного профиля вила •среднее, шеи -максимальное, мкм 139990 139981 44°56*21" 0304 1.255 1.60022 1.60026 44°58'20" 0/413 1.652 1^0001 1.60004 45°03'09" 0Л21 1.714

правая Шаг по реальному профилю витков, мм Шаг по алпроюашнрованноиу прямолинейному профилю витков, юс Угол наклона стороны профмля от вертикали Опоюненияоталпротширояаннога прямолинейного профиля витка -среди«, мкм • максимальное, ыш 1^0079 1.60077 45003*18" 0.197 0.406 1.60098 1.60099 45002*50" 0.160 0.407 1.60094 1.60095 45°03'47" 0.171 0320

У соя профвля витка 89059.39« 90°0ГЮ" 90°06'56"

Таблица 2.

Номер измерительной трассы 1 2 3

Сторона профиля шгпеа левая правая левая правая левая правая

Шаг по реальному профилю РяММ 1.60020 1.60018 1.59986 1.59985 1.6003« 1.60048

Шаг по аппроюимкрован-НОмуцршолинеГтому прс4«гао Р», мм 1.60020 1.60018 1.59987 1.59986 1.60031 1.60048

Длина прямолинейного участка профиля витка 1, мм 0.2213 0.1902 0.2452 0.1870 0.2185 0.1895

Угол наклона прямолинейного участка профиля витка относительно оси х, град 45.392 46.279 45.915 45.532 46.141 45.131

Отклонения измеренных точек от аппроксимированного прямолинейного профиля: -среднее, кки • максимальное, ш 0.228 0.503 0.302 0.461 0.223 0.488 0.245 0.348 0.220 0.478 0.217 0.291

Радиус аппроксимированной окружности к, мм 8.806 4.225 10.521 8.979 3.937

Угол профиля витка а, град 91.671 91.447 91.272

Таблица 3

Параметр шероховатости (ГОСТ 2789-73) Ходовой винт с левой резьбой Серийная ПРВП 48/8 (АВТОВАЗ)

Ходовой винт Ролики Гайка

Среднее арифметическое отклонение профиля Я. 0.12-1 0.313 0.229 0.164

Среднее каадратическое отклонение профиля Я1 0.158 0396 0.302 0.220

Средний шаг местных выступов профиля Э 2.714 39.653 53.857 37.861

Средний шаг неровностей профиля 12.314 86.103 106.744 55.156

Наибольшая высота неровностей 0.799 1.632 0.967 0.762

сом, состоящим из первой буквы названия детали, за исключением Хгз и Агм - соответственно собственные осевая и радиальная податливости полугайки. Предложенная модель была применена для расчета предварительной осевой силы сжатия полугаек я толщины компенсатора и описывает практически любую известную конструкцию ПРВП. Общую осевую жесткость предварительно нагруженной ПРВП описали зависимостью

C£res= + 1/Xmob , (1)

где Ast " податливость стыка полугаек с компенсатором в сборе,

Xmofcr податливость сопряжений витков ходового винта, роликов и гайки в сборе.

Для определения толщины компенсатора необходимо знать, какая часть преднагрузки, приложенной к полугайкам, нагружает сопряжения витков резьбы ходового винта, роликов и гайки, а какая часть нагружает стык полугаек с компенсатором. Распределение преднагрузки по соединениям характеризуется коэффициентом нагрузки. Коэффициент нагрузки определили- с помощью условия совместности -осевых перемещений сопряжений витков резьбы ходового винта, роликов и гайки и стыка полугаек с компенсатором в сборе. Во всех сопряжениях имеет место нулевой начальный зазор. Условие совместности перемещений записали в следующем виде

b-F-Xst/2=(l-b)-F-Am0b/2,

откуда

b=Amoh/(*st+*mob)> (2)

где b - коэффициент нагрузки,

F - предварительная, осевая cima Спрелкагрузка),

Собственную радиальную податливость пслугапни Хгм. зли-яющую на осевую податливость сопряжения витков резьбы роликов и полугайки Агр определили с помощью метода Бицено-Грам--■ меля.

В связи с принятыми допущениями осевое перемещение битков резьбы ролика и ходового винта под предварительной нагрузкой отсутствует и имеет место только их радиальное перемещение. Б результате полугайки --п"~н::тельн~ -tr-rs;:-.: г г определи™ рэанэяъную податливость сопряжения половины витков роликов с 5нт-К51/ПТ с-езьбы хоговогг -:::ктн. пркв:-: ,:-:евой позатливос

9

ления смещение витка резьбы ролика относительно витков резьбы ходового винта по нормали к плоскости пятна контакта было использовано решение задачи о фактической площади контакта с учетом шероховатости контактирующих поверхностей, полученным Н.Б. Демкиным, что позволило записать уравнения в общей форме, пригодной для расчета различных типоразмеров ПРВП. Моделируя одну поверхность в виде набора конусов со сферическими вершинами, расположенных на разной высоте, а за вторую принимая гладкую и абсолютно жесткую поверхность, определили смещение 5НОш.е. • равное абсолютному сжатию наиболее высокого выступа

* ' _ 1ъах-в .с Z/CZX+3) гг.i

бнорм.в.- (к2вк1в-СЕ)2/(2х^НОРМ.Е. , (3)

где hmax.B - максимальная высота неровностей, Св - коэффициент, характеризующий кривую опорной поверхности,

Св= AhB'^'ÚB ; kiE= I^-Etb^-W^/CHI2), Е - модуль упругости первого рода; гв - радиус закругления вершины неровностей; х - константа, была принята х=2; кгв - коэффициент, зависящий от х, (при при х=2 кгв=0»22); мв и йБ - константы, зависящие от вида обработки: для шлифования

Ма=5, 0е='3 , для полирования мв=16, 0В=3; р. - коэффициент Пуассона, Анв - номинальная площадь пятна контакта витка резьбы ролика с битком резьбы ходового винта. Величину Анв определили численным методом с помощью ПЭВМ. Зависимость номинальной площади контакта Ацв от величины осевого сближения 5о.в. описали эмпирическим уравнением Анз=31100'5о.е.; полученным методом наименьших квадратов. Погрешность уравнения находится в пределах 4,4%.

Fhopm.e.- сила взаимодействия Битка резьбы ролика с вит ко:-.-: резьбы ходового винта, направленная по нормали к плоскости пятна контакта, Р

F.4opm.b.=--(t^Cntsp/Z) +(l/coszrEp))0-5 ,

P.'Z

n - число роликов: z - число витков резьбы в полугайке; (хор - приведенный угол профиля резьб ролика и хо.лоеого винта; rBp ~ приведенный угол подъема резьб ролика и ходового винта.

Определение осевой податливости сопряжения витков резьбы ролика и полугайки аналогично определению податливости сопряжения витков резьбы ролика к ходового винта.

Определение осевой податливости АГк стыка полугайки и компенсатора в пределах упругой деформации, основано на зависимостях, также предложенными Н.Б. Демкиным.

*гк= рС2х+1)/С2х+3) . ^

где Б - коэффициент, учитывающий геометрию и характеристики материала поверхности; х - константа, была принята х=2.

Допускаемая осевая сила сжатия полугаек Гс, ограниченная прочностью крепежных винтов 5 (см. рис.2)

Гс=Рб-пб, (5)

где Рб - допускаемая сила затяжки винта,

Пб - количество винтов.

Допускаемую силу затяжки винта определили с учетом собственных и контактных податливостей деталей передачи с использованием формул 1,2,3,4.

Определение предварительной осевой силы сжатия полугаек и толщины компенсатора провели по заданным величинам КПД, осевой жесткости и кинематической погрешности ПРВП, определяемых требованиями, предъявляемыми к передаче в составе привода. Для этого:

1) Определили силу сжатия полугаек, ограниченную прочностью крепежных винтов механизма, предварительно нагружающего ПРБП (6).

2) Определили коэффициент нагрузки Ь (2).

3) Определили смещение витков резьбы ходового зинта, роликов и гайки Зт0ь= С1-Ь) • Р • АггоЪ-'2 • (5;

4) Определили смешение витков резьбы ходового зинта. роликов и гайки 5mob.tr. под воздействием силы Р^оЬ.^. .• обеспечивающей преднатяг в сопряжениях битков резьбы ходового винта, роликов и гайки, при котором ПРБП имеет максимальные величины КПД, осевой жесткости и кинематической погрешности: 2тоЬ. =1"тоЬ. сг. АщоЬ• ' -

о) определяли юлдлну компенгатсра -:=огсг -■>»•_- (в)

действительная толщина 3-у :: спрелелекь: гейгтвпте.-лкые эна*-:е

И

ния КЦЦ, кинематической погрешности и осевой жесткости передачи, с учетом погрешностей изготовления компенсатора. Для определения силы Fmob.e. экспериментально были исследованы основные характеристики ПРБП.

В четвертой главе дано описание уникальных экспериментальных стендов и приведены результаты экспериментальных исследований осевой жесткости, КЦЦ, момента трения и кинематической погрешности ПРВП в зависимости от преднатяга и сделан анализ результатов испытаний.

Располагая величиной преднатяга, которая обеспечивает максимальные или любые другие возможные величины основных характеристик ПРВП, и используя методику расчета, приведенную в главе 3, можно определить толщину компенсатора и силу сжатия полугаек передачи.

Для экспериментальных исследовании основных характеристик ПРВП были созданы уникальные стенды, позволяющие получить корректные и достаточно точные значения измеряемых величин. Один из стендов, в конструкции которого применено гидравлическое и тензометрическое оборудование, превосходящий известные аналоги по точности и объему получаемой информации, позволяет контролировать момент трения, КПД, осевую жесткость передач винт-гайка, опорного узла подшипников ходового винта, производить приработку передач с оперативным контролем момента трения и осевого усилия.

В связи с тем, что для контроля кинематической погрешности требуются высокоточные датчики контроля угла поворота, в качестве стенда для исследования кинематической точности ПРБП были использованы делительная головка с направляющими, ползуном и центрами CARL ZEISS JENA 6929. Угловая погрешность делительной головки равна трем угловым секундам. На ползун устанавливали двз индикатора часового типа MITUTOY N 2109-10, с ценой деления 1 мкм и погрешностью 0,5 мкм.

В результате эксперимента получены кривые, характеризующие средние значения осевой жесткости С (рис.3) серийных ПРВП 4S/8 (кривая N1) и ПРБП. в которой ходовой зинт имеет резьбу левого направления (кривая Ы2), подачи гайки S (рис. 4) и КПД ПРВП для различных величин внешней рабочей осевой силы FaH (рис. ¡5) при различном преднатяге. На основании полученных кривых выбирали величину предварительной осевой силы, дейс-1 f

Рис.2

С, KIVmkm 8

-i r*

I

/

ü.4 0.8 1.2 1.6 2.и 2.4 2.a j.2 o.ù t ' >

FkU

я, "Ыо°

ва%5

889,0 888,5 888,0

-.£-

о

о Ж \ V,

\__

0,4 0.8 {2 <6 2 2,4

Р.кН

1-теоретическая;

2- серийная ПРВП со сказочным материалом "РоботемпТУ 38.590123-90;

3- ссрийаал ПРВП, ■ которой ролнхя расположены ■ порядке увеличения среднего диаметра резьбы;

4- серийная ПРВП 6а смазочного материала.

Рис. 4

кпд

Гвн-8кН

Гви'-

Гвн -ЗкН

Ген II

0,4 0.8 4,2 1,6

рис. 5

Г.кН

твующей в сопряжениях витков ходовых резьб, при которой обеспечиваются максимальные или любые другие возможные основные параметры ПРВП. В качестве рекомендуемого рационального значения преднагрузки была принята величина 1,6 кН. Далее выбранную величину использовали в расчете толщины компенсатора и осевой силы сжатия полугаек по методике, описанной в главе 3. Установлено: резервом повышения осевой жесткости ПРВП является уменьшение деформаций в стыках полугаек с компенсатором и плитами механизма преднатяга; ПРВП с разнонаправленными резьбами на ходовом винте и роликах имеют большую осевую жесткость, чем ПРВП с однонаправленными резьбами; снижение осевой жесткости ПРВП происходит в результате износа контактирующих поверхностей ходового винта, роликов и гайки; отказ ПРВП связан с-заклиниванием роликов между ходовым винтом и гайкой.

В пятой главе приведены методики сборки, разборки, и регулирования ПРВП в составе двух приводов манипулятора промышленного робота ПР601/60.

Предварительный натяг регулировали в ПРВП и в подшипниковом узле. Процесс регулирования привода представлял собой изменение величины взаимного осевого смещения внутренних колец роликовых подшипников, полугаек ПРВП с контролем момента трения в этих узлах с достижением рекомендуемых значений. Регулирование .осуществляли в два этапа на холостом ходу. На первом этапе регулировали подшипникоеый узел. Для этого гайке -ПРВП погзоляли вращаться вместе с ходовым винтом, тем самым исключая трение в ПРВП и измеряли момент трения Мо. Второй зтап -регулирование ПРВП. В этом случае гайка перемещалась по ходовому Бинту и измерительные приборы показывали величину момента трения во всем приводе Мс- Момент трекия в ПРВП определяли вычитанием из Ме-Мл. Использование данных методик позволило повысить ресурс и снизить период плановых переналадок приводов манипулятора промышленного робота ПР601/60 примерно в 1,5-2 рзза.

Выводы

1. Определена взаимосвязь между величиной преднатяга в ПРЕП и ее основными характеристиками.

?.. Повышение работоспособности ПРЕП можно тттттткгтг путем рационального оегулит-'-^нн- ~.г~7Ч5г:-"т-г"-*'" • — - • сопряжениях ходового винта, гслпк-л-в :: гайки в Гт-:«;.;; :с:кл эксплуатации. В качестве рекомендуемого рационального эначе-

нкя преднагрузки была пршята величина 1,6 кН, обеспечивающая наибольшие величины-рсновных характеристик ПРВП 48/8.

3. Результаты измерения геометрии резьбовых поверхностей как новых, так и приработанных ходовых винтов, роликов и гаек показали, что распределение погрешностей шага подчиняется нормальному закону.

4. Предложены физическая модель ПРВП и методика расчета-толщины дистанционного кольца-и предварительной осевой силы сжатия полугаек ПРВП, обеспечивающих рациональные величины основных характеристик ПРВП и применимые для различных конструкций и типоразмеров ПРВП.

5. Использование созданной уникальной экспериментальной установки позволило установить следующее: резервом повышения осевой жесткости ПРВП является уменьшение деформаций в стыках полугаек с компенсатором и плитами механизма преднатяга; снижение осевой жесткости и кинематической точности ПРВП происходит в результате износа контактирующих поверхностей ходового винта, роликов и гайки; nFBn с разнонаправленными резьбами на ходовом винте и роликах имеют большую осевую жесткость, чем ПРБП с однонаправленными резьбами.

6. Использование разработанных методик сборки и регулирования ПРВП позволило повысить ресурс приводов манипулятора промышленного робота ПР601/60 примерно в 1,5 - 2 раза.

7. Результаты работы внедрены на участке наладки цеха сварки кузовов АО "Москвич".

Основные результаты работы опубликованы в следующих трудах:

1. Блинов Д.С., Ряховский O.A., Соколов П.А. Численный метод определения точки первоначального контакта витков двух винтов с параллельными осями и различными углами подъема резьбы /'/ Вестник МГТУ. Машиностроение. - 1996. - N 3. - С. 28-34.

2. Способ измерения рабочих поверхностей ходовых резьб и обработка полученных результатов / Д.С. Блиноз, O.A. Ряховский, П.А. Соколов и др. // Вестник машиностроения. 1997. - Н 11. - С. 7-9.

3. Соколов П.А., Блинов Д.С., Ряховский O.A., Определение преднатяга в планетарных ролико-винтовых передачах // Тез. докл. международной НТК. - Пенза, 1997. - С. 53-62.