RU2470198C1

RU2470198C1 - Movable threaded connection with load equalisation along thread turns

Info

Publication number: RU2470198C1
Application number: RU2011125607/12A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Григорьевич Суслов; Иван Юрьевич Цуканов
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-12-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention refers to machine building industry and namely to movable threaded connections. Threaded connection includes a lead screw and a nut. Nut has variable average diameter of thread, the law of variation of which is different for its first and last turns. Increment on middle turn is an intersection point of relationships. Increment variation law of average thread diameter for the first turns represents cubic function that is described by the following formula:

where D₂ - average thread diameter; D_2st - standard average thread diameter; D - outer thread diameter; D₁ - inner thread diameter; D_n - outer diameter of nut body; z - nut coordinate as to height; H - nut height; P - thread pitch; α - angle of thread; Q_f - axial force at forward motion; Q_r - axial force at reverse motion; E - elasticity modulus of nut material; µ - Poisson ratio of nut material.

EFFECT: optimum wear resistance of connection is provided.

4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, к подвижным резьбовым соединениям.The invention relates to mechanical engineering, to movable threaded connections.

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].A known design of a threaded connection with load balancing in turns, including a three-stage nut, a bolt and a support sleeve, in which, in order to balance the load, the steps of the nut have a conical shape, and the middle part has a design diameter to ensure equal conditions for the compliance of the bodies of the bolt and nut [patent RF, No. 2412381, F16B 5/02, F16B 31/04].

Однако данная конструкция применима только к неподвижным резьбовым соединениям.However, this design is applicable only to fixed threaded connections.

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.Known threaded connection in which the thread of the nut has a variable average diameter [1, p. 100, Fig.4.31 - prototype]. Due to the change in the average diameter of the thread along the height of the nut, in accordance with the law of the parabola for a specific value of the axial force, between the turns of the bolt and the nut, variable gaps are formed that compensate for the uneven deformation of the bodies of the bolt and nut and equalize the load along the turns. This design can be applied to movable non-reversible threaded joints to balance the load. The disadvantage of this design is that it cannot be applied to reversible movable threaded joints, since with reversal the direction of interaction of the turns changes, and therefore the load distribution. Therefore, the presence of increased gaps in accordance with the uniform distribution of the load will lead to the formation of a smaller contact area of the turns during the reverse stroke and, as a result, to increased wear.

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.The technical problem to which this invention is directed is to develop a movable threaded connection with a nut design that provides the law of load distribution along the turns that is optimal for reversing mechanisms in order to ensure optimal wear resistance of the connection.

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:The threaded connection includes a lead screw and a nut. The essence of the invention lies in the fact that the nut has a variable average thread diameter, the law of change of which is different for its first and last turns, while the increment on the middle turn is the intersection point of the dependencies, and the law of change in the increment of the average thread diameter for the first turns is a cubic function which is described by the following formula:

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.where D ₂ is the average diameter of the thread; D _2st - the average diameter of the thread according to the standard; D is the outer diameter of the thread; D ₁ - inner diameter of the thread; D _g - the outer diameter of the body of the nut; z is the number of turns; H is the height of the nut; P is the thread pitch; α is the angle of the thread profile; Q _p - axial force in the forward stroke; Q _about - axial force during the reverse stroke (reverse); E is the elastic modulus of the nut material; µ is the Poisson's ratio of the nut material.

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.The proposed threaded connection is shown in figures 1, 2, 3, and 4. Figure 1 shows the threaded connection assembly (section with the image of the thread profile), figure 2 is an example of the law of change in increment of the average diameter of the nut thread depending on the number turn along its height - ΔD ₂ = f (z); figure 3. shows an example of the optimal law of the intensity of the load distribution along the turns of the nut for a reversible screw mechanism q = f (z), and Fig. 4 is an enlarged image of the thread profile.

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.A threaded connection includes a lead screw 1 and nut 2. Nut 2 is made with a variable average diameter, varying in height for the turns working during reverse, according to the parabola law in accordance with formula (4.57) [1, p.101], and for turns operating in the forward stroke, according to the law of the cubic function (1), taking into account the load, both in the forward and reverse motion.

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).The connection works as follows: when the lead screw 1 rotates, the turns of the lead screw 1 and nut 2 contact, forcing the nut 2 to translate along the axis (in the case of loose nut 2), or forcing the lead screw 1 to make a screw movement with rotation around its axis and moving along it (in the case of a fixed nut).

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.The use of a variable average thread diameter along the height of nut 2 creates variable radial clearances between the turns of the screw 1 and nut 2, which leads to the formation of variable axial clearances and, as a result, to a more favorable load distribution along the turns, due to compensation of the uneven deformation of the nut body. The calculation of the increment of the average diameter of the thread of the nut 2 during the forward stroke in accordance with the law (1) provides the optimal load distribution along the turns of the nut 2 taking into account the reverse mechanism, obtained by linear regression of the calculated average characteristics of the load distributions for forward and reverse. This characteristic of the load distribution provides a decrease in the wear of the middle turns in comparison with the characteristic obtained using the symmetric parabolic law of the change in the average diameter of the thread, and generally contributes to the minimum wear of all turns of the nut 2 during the operation of the mechanism. Thus, the running-in period of the joint is reduced, and its optimum wear resistance is ensured.

Источники информацииInformation sources

1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 368 с.1. Birger I.A., Iosilevich G.B. Threaded and flange connections. M.: Mechanical Engineering, 1990.368 s.

Claims

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. A movable threaded connection with load balancing on the threads, including a spindle and a nut, characterized in that the nut has a variable average thread diameter, the law of change of which is different for the first and last turns, while the increment on the middle turn is the intersection point of dependencies , and the law of change in the increment of the average diameter of the thread for the first turns is a cubic function, which is described by the following formula:

where D ₂ is the average diameter of the thread;
D _2st - the average diameter of the thread according to the standard;
D is the outer diameter of the thread;
D ₁ - inner diameter of the thread;
D _g - the outer diameter of the body of the nut;
z is the coordinate of the nut in height;
H is the height of the nut;
P is the thread pitch;
α is the angle of the thread profile;
Q _p - axial force in the forward stroke;
Q _about - axial force during the reverse stroke (reverse);
E is the elastic modulus of the nut material;
µ is the Poisson's ratio of the nut material.