Конструирование винтовых устройств

, мм².

Так как витки винта  движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [σ_см] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р]. Т.к. материалы винта и гайки – сталь и оловянистая бронза, то [p] принимается в диапазоне 8…13 МПа.

Площадь контакта одного витка  резьбы винта и витка резьбы гайки  равна:

мм².

Число витков резьбы равно:

_{Полученное  число витков Z' проверяется  на срез по плоскости  «а-а»:}

;

где [τ_ср]=0,75[σ_р] – для бронзовой гайки;

k_р – коэффициент полноты резьбы:

k_р=0,4 для трапецеидальной резьбы.

[σ_р] = ;

где n – 2,5…3,5 – коэффициент запаса прочности.

[σ_р] = МПа.

[τ_ср] = 0,75 56 = 42 МПа.

Т.к. τ_ср≤ [τ_ср], то по Z' определяется высота гайки и округляется до ближайшего целого большего числа по ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры».

Высота гайки равна:

H_г = 2 9 = 18 мм.

Поскольку  гайка  висит  на буртике, возможен разрыв её по плоскости «в-в». Из условия прочности на растяжение с кручением:

;

и площади сечения гайки:

;

, мм.

где  k =1,3- коэффициент, учитывающий  скручивание.

= 19,76 мм.

Для удобства изготовления и нормальной эксплуатации толщина  тела гайки должна быть не менее 5мм, поэтому должно быть:

 + 10мм. – данное условие не выполняется, значит принимаем = 27,5 мм.

На кольцевой поверхности  контакта буртика гайки и корпуса  возникают напряжения смятия, поэтому:

.

Отсюда:

, мм.

Здесь [σ_см] = 0,8σ_т т.к. контактирующие детали неподвижны. Расчет ведется по менее прочной детали.

[σ_см] = 0,8 196 = 156,8 МПа.

 мм.

На входе в расточку корпуса для того, чтобы удобнее было вставлять гайку, выполняется фаска. Поэтому ширина опорного кольца буртика не может быть меньше 5мм. С учетом этого:

D_б ≥D_нг+10мм – данное условие не выполняется, значит принимаем D_б = 37,5 мм.

Высота буртика определяется из условия прочности его на срез по плоскости «с-с»:

;

где [τ_ср] = 20…25Мпа для бронзы.

 мм.

Полученные значения и - округляются до ближайших больших целых значений по ГОСТ 6636-83.

 = 37,5 мм.

 = 1 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Конструирование чашек  и захватов

Конструкция чашки представлена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1 Конструкция чашки.

Чашки изготавливаются из сталей марок: сталь ст.3, 20, 20Л и т.п. Для нашей чашки выбираем сталь ст.3.

Принимаем:

  d_отв = d₀ + (2…3)мм;

результат округляем до целого четного значения.

d_отв = 16 + 2 = 18 мм.

d_вн = d_ш + (2…3) мм.

d_ш = (1,5…2) d_отв., мм.

d_ш = 2 18 = 36 мм.

Толщину шайбы принимаем  равной 2 мм.

d_вн = 36 + 2 = 38 мм.

Диаметр d_н определяется из расчета на смятие:

;

где [σ_см] = (13…15) Мпа, т.к. контактирующие поверхности подвижны относительно друг друга.

 мм.

По диаметру принимается диаметр головки винта D (п.5.2.1.). При этом нужно чтобы выполнялось соотношение:

D = (1,5…2)d,

где d – диаметр винта.

D = 25,76 24 – соотношение выполняется.

Размер k (рис. 4.1) принимается равным (2…3) мм.

Толщиной стенки удобнее  задаться, а потом проверить её на прочность. По условиям изготовления и эксплуатации δ ≥ (6...8)мм для  точеных чашек и         δ ≥ (8…10)мм для литых.

Принятые размеры проверяются на сжатие:

,

где = (0,6…0,8) материала чашки.

= 0,8 245 = 196 МПа.

 МПа.

 

 

5. Конструирование рукояток

Рукоятки изготавливаются  из сталей: ст. 3; ст.4; 35; 45. Для нашей рукоятки выбираем сталь ст.3.

С помощью рукоятки рабочий  создает момент Т_раб для преодоления сопротивления  в резьбе Т_р и на опорной поверхности чашки или торца винта, или гайки – Т_оп должно быть:

Т_раб=Р_раб·l_расч.≥Т_р+Т_оп.

где Р_раб – усилие рабочего на рукоятке;

Р_раб=120-150Н при длительной непрерывной работе;

Р_раб=200-250Н при кратковременной (до 5мин) с большими перерывами работе;

l_расч – расчетная длина рукоятки.

Момент сопротивления  в резьбе:

,

где - средний диаметр резьбы винта;

 и  – угол подъема резьбы и приведенный угол трения.

Момент трения на опорной  поверхности:

;

где D_н – наружный диаметр опорной поверхности (чашки);

       d – внутренний  диаметр опорной поверхности (d_отв);

       f – коэффициент  трения сухих поверхностей:

f= 0,15…0,18 – сталь по  чугуну;

f= 0,18…0,3 – сталь по  стали.

 Н.

 Н.

l_расч.≥ 12094 / 120 = 100 мм.

Полная длина рукоятки l: 

l = l_расч. + D_г/2 + 120…150мм,

где D_г – диаметр головки винта.

Длина 120…150мм добавляется  для удобства захвата рукоятки рукой  и для установки упорных шайб на концах рукоятки.

l = 100 + 8 + 120 = 228 мм.

Рукоятка работает на изгиб как консольная балка с вылетом l_и:

l_и=l_расч.- D_г/2;

l_и = 100 – 8 = 92 мм.

M_и = Р_раб.· l_и;

М_и = 120 · 92 = 11040.

[σ_и] = σ_т/n;

n = 2…3;

[σ_и] = 245/3 = 81 МПа.

;

 мм.

Полученный размер округлить в большую сторону по ГОСТ 6636-83.

= 12 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Стопорные винты

При вращении винта в резьбе на длине свинчивания его с гайкой возникает момент Т_р, который стремится вращать гайку.

Препятствует этому момент сил трения на опорной поверхности  буртика гайки Т_оп.б.:

;

где f = 0,18…0,3   – сталь по стали.

 Н.

Т.к. Т_оп.б > Т_р, то гайка будет подвижна и стопорный винт не нужен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Определение линейных  размеров винта

После того, как определены размеры чашек, захватов, гайки и  рукоятки можно определить линейные размеры основного винта конструкции.

Длина винта складывается из длин следующих участков:

• l₀ – длина оси чашки l₀=δ_ч+(1…2)мм, где δ_ч- толщина тела чашки;
• Н_гол- высота головки винта;
• (в_к+в_п)- суммарный размер проточки и переходного участка;

-    l_раб- длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки и заданной высоты подъёма груза плюс запас (1-1,5)Р.

Н_гол = (1,8…2)d_р;

H_гол = 2 12 = 24 мм.

l₀ = 8 + 2 = 10мм.

l_раб = 150 + 18 + 3 = 171 мм.

(в_к+в_п) = 3 + 5 = 8 мм.

l_в = 24 + 10 + 171 + 8 = 204 мм.

Полученная таким образом  длина винта округляется до целого числа по ГОСТ 6636-69.

l_в = 210 мм.

 

 

 

 

8. Корпусные детали

Корпус домкрата представлен  на рисунке 8.1.

Рис. 8.1. Корпус домкрата

Для изготовления корпусов домкратов используют чугун марок  СЧ15 и СЧ18.

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:

D=D_нг; 

где D_нг – наружный диаметр гайки.

Н ≥  ; 

где – высота гайки без буртика.

D₂ ≥ D_б;  

где D_б- диаметр буртика гайки.

Н₄=l_раб+ (15…20)мм; 

где l_раб – длина рабочей части винта.

D₃= D+ (3…5)мм;

D₅= D₃+ 2Н₄tg γ;

где tgγ= 0.08…0.1;

D = 27,5 мм.

H = 18 мм.

D₂ = 37,5 мм.

H₄ = 171 + 20 = 191 мм.

D₃ = 27,5 + 5 = 32,5 мм.

D₅ = 32,5 + 2 191 0,1 = 71 мм.

Диаметр D₇ определяется из условия прочности на смятие деревянной опоры, на которую ставится домкрат. Для дерева [σ_см]=2…2,5Мпа.

;

 мм.

Толщина стенки корпуса δ=8…12мм. Необходимо проверить её на сжатие. Для проверки принимается сечение А-А. [σ_сж]=130…150Мпа.

Толщина фланца: h₁=(1,2…1,5)δ;

h₁ = 1,2 ∙ 8 = 9,6 мм.

9. Коэффициент полезного  действия винтового устройства

9.1. К.П.Д. винтового устройства

К.П.Д. винтового устройства определяется по формуле:

;

где – полезная работа за один оборот винта;

       – затраченная работа за один оборот винта.

Для однозаходных винтов:

, Н · мм

где Р – шаг винта.

, Н ∙ мм.

, Н ∙ мм.

, Н ∙ мм.

 

 

9.2. К.П.Д. винтовой пары

К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле:

;

.

 

 

 

Заключение

Основные выводы по проведённой  работе таковы:

• ознакомился с конструкцией винтового домкрата;
• освоил методики составления расчетных схем деталей винтовых устройств и определения их критериев работоспособности;
• освоил инженерные методы расчета и методики конструирования винтовых устройств;
• КПД полученного в результате расчётов винтового домкрата 10,53%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Решетов Д.Н. Детали машин. – М. Машиностроение, 1989, -496с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, в 3-х томах,      

     -М.: Машиностроение, 1994г.

3. Орлов П.И. Основы конструирования, -М.: Машиностроение, 1988.

Кн. 1. – 580с.,  кн. 2 – 542с.

4. Биргер И.А. Детали  машин расчёт и конструирование.  – М. Машиностроение, 1968, - 440с.

5. Киркач Н.Ф. Расчёт и проектирование деталей машин. – Х. Основа, 1991, -276с.