Расчетно-графическая работа ставит своей целью закрепить и углубить знания полученные в изечении курса «Винтовые механизмы» и «Соединения» и приобретения навыков самостоятельного проектирования.
Выполнение работы основано на использовании знаний, приобретенных по ряду пройденных дисциплин: детали машин и основы конструирования, теоретическая механика, сопротивление материалов, теория механизмов, технология металлов, инженерная графика. При выполнении работы, требуется уметь ниходить рациональные варианты конструктивного исполнения заданной схемы устройства, правильно выбирать материалы, определять размеры и форму деталей, обеспечивающие при минимальной массе и габаритах надежность в работе, прочность, технологичность, удобство монтажа и эксплуатации. Необходимо также приобрести навыки в правильном назначении допусков и посадок, шероховатости поверхности детали, составлении технической документации.
По всем схемам заданий на курсовую (расчетно-графическую) работу требуется произвести расчет и конструирование винтовой пары, металло-конструкции и соединений, входящих в состав механизма.
Исходные данные:
Максимальное усилие подъема Q=25 кН
Высота подъема H=250 мм
Расстояние от оси до стены L=220 мм
Назначение механизма: выполнение монтажных и ремонтных работ.
Интенсивность использования: редко.
Условия работы: на открытом воздухе.
Выпуск: единичный
2. Описание конструкции и принцип действия механизма
Винтовой домкрат служит для подъема грузов на небольшую высоту. Он широко применяется при монтажных и ремонтных работах и является универсальным приспособлением.
Винтовой домкрат состоит из винта, гайки, корпуса, опорной чашки и рукоятки. Винт имеет в верхней части головку с отверстием для рукоятки. Рукоятка подвижного типа. Нагрузка передается через опорную чашку, которая крепится на торце головки и имеет возможность свободного вращения вокруг оси. На нижнем торце винта крепится ограничительная шайба для предотвращения полного выкручивания винта из гайки. Гайка закреплена в корпусе установочным винтом для предотвращения проворачивания и выпадения.
3. Выбор типа резьбы и материалов
Резьба: Tr по ГОСТ 24738-81.
Материалы для изготовления деталей домкрата:
- гайка — безоловянистая бронза БрА9ЖЗЛ (ГОСТ 493-79);
- винт, опорная чашка — сталь 45 (ГОСТ 1050-88) без закалки;
корпус, рукоятка — Ст3 (ГОСТ 1050-88)
Винтовые механизмы
... винта закаливаемую сталь 40ХГ (ГОСТ 4543-71); материал гайки безоловянную бронзу БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79). 2.2 Выбор типа резьбы Для винтовых механизмов ... Определение угла подъема винтовой линии и коэффициента запаса устойчивости Угол подъема резьбы: ... винта. Сферическую пяту можно рекомендовать для механизмов с сильно нагруженными винтами, где требуется более высокий КПД и для механизмов, при работе ...
4. Проектирование винта
Расчетный средний диаметр резьбы из условия износостойкости:
- где допускаемое давление [q] = 8 МПа;
коэффициент высоты гайки ш H = 1.5;
коэффициент высоты профиля для трапецеидальной резьбы ш h = 0,5.
Таблица 4.1
Резьбы, удовлетворяющие условию износостойкости
|
№ |
Обозначение резьбы |
Шаг резьбы P |
Наружный диаметр d |
Средний диаметр d 2 |
Внутренний диаметр d 1 |
Число витков гайки z |
Приведенный угол трения сґ |
Угол подъема резьбы ц |
Коэф. запаса самоторможения |
|
|
1 |
38×3 |
3 |
38 |
36.5 |
35 |
18,5 |
5,323 |
1,5 |
3,55 |
|
|
2 |
40×6 |
6 |
40 |
37.00 |
34 |
9 |
2,96 |
1,79 |
||
|
3 |
42×10 |
10 |
42 |
37.00 |
32 |
— |
4,92 |
1,08 |
||
|
4 |
44×12 |
12 |
44 |
38.00 |
32 |
— |
5,74 |
0,92 |
||
Проверка на самоторможение
Приведенный угол трения:
‘=,
где f = 0,09 — коэффициент трения;
- б = 15є — угол наклона рабочей грани витка к торцевой плоскости винта.
Условие самоторможения:
К = ‘/
где ? — угол подъема винтовой линии:
Для резьбы Tr 38Ч3:
Для резьбы Tr 40Ч6:
Для резьбы Tr 42Ч10:
Для резьбы Tr 44Ч12:
Резьбу Tr 42Ч10 и Tr 44Ч12 исключаем из дальнейшего рассмотрения.
Проверка числа витков гайки:
Для резьбы Tr 38Ч3:
Для резьбы Tr 40Ч6:
Из оставшихся резьб только у резьбы Tr40Ч6 число витков гайки z попадает в диапазон от 8 до 10.
Окончательно принимаем резьбу Tr 40Ч6 .
Момент трения в резьбе:
5. Проектирование гайки
Высота гайки:
где ширина фаски С 1 = 2,5 мм.
Принимаем H г =95 мм, тогда:
длина нарезанной части L рг = 92,5 мм,
число витков гайки Z = 9,5:
Конструктивная толщина стенки гайки д = 5 мм.
Диаметр гайки: D г = d +2
- д = 40+2
- 5 =50 мм.
Диаметр буртика гайки:
Высота буртика:
По результатам расчета выполняем эскиз гайки.
Рис. 5.1 Эскиз гайки
Проверочный расчет гайки
Проверка прочности на растяжение, с учетом кручения:
МПа?
Условие прочности выполняется.
Проверка прочности опорной поверхности буртика на смятие:
МПа?
Условие прочности выполняется.
Проверка прочности буртика на изгиб:
?
Условие прочности выполняется.
Далее, по известным размерам выполняем первый этап эскизирования винта. Размеры канавки для выхода резьбы и фаски взяты из табл. 7 прил. 3.
Длина нарезанной части винта (размер 364 мм на рис. 5.2 а ) округляется до стандартной (размер 370 мм на рис. 6.2б).
А б
Рис. 5.2 Эскиз резьбовой части винта
6. Проектирование пяты
Учитывая невысокую стоимость домкрата, выбираем кольцевую пяту, которая проще в изготовлении и сборке.
Внутренний диаметр пяты:
Высота выступа:
Наружный диаметр пяты из условия износостойкости:
где [ q 2 ] = 25 МПа.
Принимаем D п = 44 мм.
Момент трения на опорной поверхности чашки:
Размеры головки винта:
Рис. 6.1 Эскиз головки и пяты винта
7. Проверка устойчивости винта
Длина участка винта, работающего на сжатие: l = 372 мм.
Определение длины l выполняется по эскизу (рис. 5.1).
Гибкость винта:
где м = 2 — коэффициент приведения длины, учитывающий способ закрепления концов винта.
i min — радиус инерции поперечного сечения винта:
Рис. 7.1 Длина участка винта, работающего на сжатие
Критическая нагрузка Q кр , при которой винт теряет устойчивость: Для винтов средней жесткости при 50 ? л< 90 из рекомендованных марок сталей Q кр определяется по эмпирической формуле Ясинского:
Условие устойчивости:
Условием устойчивости винта будет соблюдение соотношения:
где Q кр — критическая сила, при которой винт потеряет устойчивость;
[ s ]- коэффициент запаса устойчивости: [s ]=4…3.
Условие устойчивости выполняется.
8. Проверка прочности винта
Допускаемое напряжение:
где у т = 360 МПа — предел текучести стали 45 в нормализованном состоянии;
[ S ]= 3 — коэффициент запаса прочности.
Пользуясь эскизом, разбиваем винт на участки. Границами участков будут точки приложения нагрузок и места изменения размеров поперечного сечения.
Для упрощения расчетной схемы не учитываем мелкие элементы: фаски и т.п. Также не учитываем отверстие в головке под рукоятку, так как размеры головки заведомо обеспечивают ее прочность.
Далее, прикладываем нагрузки и строим эпюру Q и T (рис. 6.1).
Геометрические характеристики участков
Так как на 1 и 7 участках нагрузки нет, их характеристики не приводятся.
2, 3 участок: d гв = 60 мм;
4 участок: d ш = 32 мм;
5,6 участок: d 1 =40 мм;
Напряжения сжатия и кручения:
Эквивалентные напряжения:
Условие прочности для всех участков выполняется.
Рис. 8.1 Эпюры к расчету прочности винта
9. Проектирование привода
Момент на рукоятке:
Расчетная длина рукоятки:
где F р = 200 Н — усилие на рукоятке.
Принимаем L р = 160 мм.
Диаметр рукоятки:
где = 85 МПа — для Ст3.
Принимаем d р = 19 мм.
Для рукоятки подбираем ручку 30 МН 6-64 по табл. 10 прил. 3. Конструктивную длину рукоятки определяем по эскизу рис. 7.1
Рис. 9.1 Эскиз рукоятки
10. Расчет параметров передачи
Коэффициент полезного действия передачи:
Передаточное число передачи винт-гайка:
Выигрыш в силе:
По исходным данным:
- грузоподъёмность — F=25 Кн;
высота подъёма груза — l =250 мм;
- ходовая резьба — трапецеидальная однозаходная, размеры которой выбираются из ГОСТ 9484-81;
- назначение механизма: выполнение монтажных и ремонтных работ;
- интенсивность использования: редко;
- условия работы: на открытом воздухе;
- выпуск: единичный;
- был спроектирован винтовой домкрат.
К.п.д. домкрата составил 19,6%.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/raschet-vintovogo-domkrata/
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 1. М.: «Машиностроение», 1980. 728 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. М.: «Машиностроение», 1980. 559 с.
3. А.И. Бабкин, А.С. Морозов. Проектирование винтовых механизмов. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. Северодвинск, РИО Севмашвтуза, 2014. 68 с.
4. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: «Машиностроение», 1988. 368 с.
5. Камнев Г.Ф. Винтовые механизмы. Л.: изд. ЛКИ, 1967. 52 с.
6. Кривенко И.С., Артемьев Н.С. Проектирование винтовых механизмов. Л.: изд. ЛКИ, 1986. 53 с.
7. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование. Минск.: УП «Технопринт», 2002. 290 с.
8. Орлов П.И. Основы конструирования. В 3-х кн. Кн. 1. М.: «Машиностроение», 1977. 623 с.
9. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: «Машиностроение», 1989. 496 с.
10. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: Изд-во АПМ, 2000. 472 с.
