Спроектировать (рассчитать и выполнить эскиз) съемник для снятия напрессованных втулок. В результате расчета определить: размеры винта, высоту гайки, наружный диаметр гайки, длину рукоятки, размеры траверса и лап съемника. Определить КПД винтовой пары.
F = 4.5 kH,A = 300 mm,D = 250 mm. Материал гайки — бронза.
Профиль резьбы — трапецеидальная, материал винта Сталь 40.
1. Общие сведения
Основное назначение передачи винт-гайка преобразование вращательного движения в поступательное. Примером использования передачи могут служить механизмы в домкратах, прессах, металлорежущих станках, сельскохозяйственных машинах, грузоподъемных механизмах.
Передачи винт-гайка бывают с трением скольжения, с трением качения и весьма разнообразны по конструктивным решениям. В домкратах и прессах гайка обычно неподвижна, а винт совершает вращательное и поступательное движения. Встречаются домкраты с вращающейся гайкой, в этом случае винт совершает только поступательное движение.
В передачах винт-гайка применяют в основном стандартные трапецеидальные и упорные резьбы. Резьба с прямоугольным профилем не стандартизирована. Эта резьба обеспечивает некоторый выигрыш в силе и более высокий КПД, но она нетехнологична и прочность её витков ниже, чем у трапецеидальной и упорной резьбы. Кроме того, у прямоугольной резьбы при износе получается неустранимый «мертвый ход», тогда как у трапецеидальной резьбы его можно ликвидировать, используя стяжные гайки. Для изготовления винтов обычно применяют среднеуглеродистые стали марок Ст.4, Ст.5, Сталь 40, Сталь 50. Винты из легированных сталей с термической обработкой предназначены для передач, работающих при интенсивных перемещениях. В этих случаях применяют Сталь 40Х, Сталь 40ХН, Сталь 65 и др.
Для гаек в передачах с повышенным износом применяют оловянистые бронзы марок Бр. ОФ10-05, Бр. ОСЦ6-6-3, Бр. ОФ-10-1. При работе с большими перерывами и умеренными нагрузками используют антифрикционный чугун АСЧ или АВЧ, а также серый чугун СЧ-12, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-21.
2. Критерии работоспособности передачи винт-гайка
В большинстве случаев основным критерием работоспособности винтовой пары является её износоустойчивость. Расчет по этому критерию сводится к ограничению давления между поверхностями резьбы винта и гайки.
Резьба и резьбовые соединения
... применяют в соединениях, требующих не только прочности, но и герметичности; ходовые резьбы (трапецеидальная, упорная, прямоугольная) служат для передачи движения и применяются в передачах винт—гайка; специальные резьбы ... местах резкого изменения поперечного сечения и низкий КПД подвижных резьбовых соединений. Резьбы изготовляют либо пластической деформацией (накатка на резьбонакатных станках, ...
Указанный расчет выполняют в качестве проектного, служащего для определения диаметра винта.
Вторым критерием работоспособности служит прочность винта, который в большинстве случаев работает на сжатие и кручение. Для винтов сжатия к числу критериев работоспособности так же следует отнести их устойчивость, определяемую коэффициентом запаса устойчивости (S ус ).
К критериям работоспособности винтовых механизмов относятся прочность гаек, рукояток, штурвалов, винтов для стопорения гаек и других, дополнительных элементов.
3. Определение размеров винта и гайки
Расчет передачи винт гайка начинают с определения среднего диаметра резьбы (d 2 ) по критерию износоустойчивости.
(1)
где
F — расчетное усилие, Н;
Y H = Hг / d — коэффициент высоты гайки, Нг — высота гайки, мм;
- Рекомендуемое значение коэффициента высоты гайки 1,2…2,5.
Y h = h / P- коэффициент высоты резьбы, Yh = 0,5;
- h — рабочая высота профиля резьбы, мм.;
- Р — шаг резьбы, мм;
- [р] — допускаемое давление в резьбе, МПа. [р] = 12 МПа.
мм. (2)
Полученное значение среднего диаметра резьбы d 2 корректируется.
Параметры нестандартной прямоугольной (квадратной) резьбы согласовываются с возможностью ее изготовления на токарно-винторезных станках, поэтому шаг нарезки полученный по рекомендации: P = 0.22d 2 , следует скорректировать со значением шага любой стандартной резьбы (Приложение).
Принимаем: Р = 3, тогда
P = 3; d 2 = D2 = 28,5;
Высоту гайки Н определяют по формуле (2), в зависимости от принятого значения коэффициента высоты гайки — Y H.
Н г = YH ×d2 ; Нг = 0,5 × 28,5 = 57 мм.
Число витков резьбы в гайке вычисляется по выражению:
Z = H г / P; Z = 57/3 = 19.
Z < 10, следовательно выбранная резьба удовлетворяет нас.
Рис.1 Эскиз гайки с размерами.
Высота буртика гайки h (рис 1) принимается h = (0.5…0.6) Н г : h = 11.7, мм.
Нижняя часть гайки работает на растяжение, поэтому диаметр D г определяется формулой
(3)
где [s р ] = 640 МПа.
, мм.
Диаметр буртика гайки D г1 определяется по напряжению смятия силой F, действующей по оси винта
(4)
Реферат резьба по металлу
... (Ph ) величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360° где — число заходов; 3. Типы резьбы 3.1. Метрическая резьба, M Имеет широкое применение с номинальным диаметром ... ИСО общего назначения. Общий вид. ISO 262:1998 — Резьбы ISO метрические общего назначения. Выбранные размеры для винтов, болтов и гаек. BS 3643 — ISO metric screw threads. DIN 13 ...
для бронзовых гаек [s cм ] = 70 — 80 МПа.
, мм.
4. Проверка соблюдения условия самоторможения
Для большинства механизмов, использующих передачу винт-гайка, является обязательным удовлетворение условия самоторможения:
- y<j,
где y — угол подъема винтовой линии по среднему диаметру;
- j — угол трения винтовой пары.
Угол трения определяется из соотношения:
j = arctgf д
где f д — действительный коэффициент трения в винтовой паре.
Действительный коэффициент трения для сочетания: сталь по стали принимают — 0.15, сталь по чугуну — 0.3, сталь по бронзе — 0.12.
При типах резьб отличных от прямоугольной (квадратной), вместо коэффициента f д подставляют условный (приведенный) коэффициент трения.
,
где — угол между боковой стороной профиля резьбы в направлении действия нагрузки и перпендикуляром к оси винта.
Для резьб, отличных по профилю от прямоугольной, используют понятие приведенного угла трения: , где fпр = 1,03fД
;
Для всех видов резьб угол подъема нарезки резьбы определяется по соотношению:
(5)
где Р — шаг резьбы, мм;
d 2 — средний диаметр резьбы, мм.
(6)
Для самотормозящих винтов величина угла трения винтовой пары находится в пределах 5°…7°. Тогда, чтобы с гарантией соблюсти условие самоторможения — (y<j), разность между y и j должна составлять не менее 1°.
1,920 < 6,84 — условие выполняется.
Винтовые механизмы
... Выбор типа резьбы Для винтовых механизмов применяют резьбы с малыми углами профиля для уменьшения потерь на трение. Наиболее распространена трапецеидальная резьба со средними шагами. Для высоконагруженных винтов домкратов и других механизмов с односторонним ...
5. Определение кпд винтовой пары передачи винт-гайка
Определение КПД винтовой пары для прямоугольной резьбы проводится по уравнению:
(7)
Для резьбы другого профиля вместо подставляется
.
6. Проверка винта на устойчивость
Проверка сжатых винтов на устойчивость сводится к определению коэффициента запаса устойчивости (n).
Гибкость винта зависит от его диаметра, длины и определяется по формуле:
, (8)
где l- гибкость винта;
- l — расчетная длина винта, т.е. расстояние от середины гайки до опорной поверхности головки домкрата при вывернутом до отказа винте.
l = Н б + Hг / 2, l = 300 + 57/ 2 = 328,5 мм.
i — радиус инерции для круглого сечения (по внутреннему диаметру резьбы d 1 ).
(9)
где I пр — приведённый момент инерции круглого сечения
(10)
m — коэффициент приведения длины винта, зависит от расчётной схемы винта (m = 2 — домкраты, съемники, струбцины; m = 1-ходовые винты и валики).
, мм4 .
, мм.
;
- В зависимости от гибкости винта (l) или его приведённой длины (m´l), критическая сила (нагрузка) на винт определяется по формулам Эйлера или Ясинского. Если l <100 или (m´l) <
- 25 ´d 1 , то критическую силу определяют по формуле Ясинского:
(11)
где a и b- коэффициенты, принимаемые в зависимости от материала винта. Для Сталь 45: a = 450МПа, b = 1,67МПа.
, (Н).
Запас устойчивости винта определяется по уравнению:
S ус = Fкр / F> [Sус ] (12)
где S ус должен составлять не менее 2,5
S ус = 164502,667/20000 = 8,225 > 2,5.
Следовательно, выбранный диаметр винта удовлетворяет нас.
Ремонт головки блока цилиндров
... ее можно проволокой, навитой спиралью. IV. Операции, наиболее часто применяемые в комплексном ремонте головки блока цилиндров. В самом деле, никого не надо убеждать в том, что высокая мощность, ... не упустить их в поддон в момент снятия головки. Торцевым или накидным ключом ”на 19” отворачиваем четыре болта крепления головки. Поддеваем головку монтажной лопаткой за край выпускного патрубкаи ...
7. Расчет элементов винта и гайки на прочность
Винт в передаче винт-гайка испытывает напряжения сжатия или растяжения и кручения. Для оценки величины этих напряжений следует определить величину эквивалентного напряжения и сравнить ее с допускаемым напряжением растяжения:
(13)
где s р — напряжения растяжения или сжатия, определяемые формулой
(14)
, МПа.
Для подсчета напряжений кручения, связанных с моментом трения в резьбе, используется следующая зависимость
(15)
где Т тр — момент трения в резьбе, подсчитывается по формуле:
Т тр = 0,5 ×d2 ×F×tg (y + j) (16)
Т тр = 0,5 × 27 × 20000 ×tg (1,92 + 6.84) = 43916,617 Н×мм.
, МПа.
, МПа.
Допускаемые напряжения сжатия или растяжения берутся из справочника [1, т.1].
Если в передаче гайка изготовляется из менее прочного материала чем винт, то резьбу в гайке следует проверить на срез по выражению:
(17)
где Н — высота гайки, мм.
Кн — коэф. неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы, принимается равным 0,6…0,7.
Кn — коэф. полноты резьбы, (принимается по данным таблицы 6).
[t ср ] — допускаемое напряжение среза, подсчитывается по выражению
[t ср ] = (0,6…0,65) × (sв / [S]),
где s в — временное сопротивление материала гайки, (принимается по таблице 7 МУ или по справочнику [2, т.1]).
[t ср ] = 0,6 × (/) = МПа.
Т. е. условие
8. Конструирование и расчёт дополнительных элементов передачи винт-гайка
8.1 Выбор размеров головки винта
Размеры подъемной головки винта (Рис.3) назначаются конструктивно:
D 2 = (1,7…1,9) ×d; D2 = 1,9 × 30 = 57, мм.
B = (1,4…1,8) ×d; В = 1,6 × 30 =48, мм.
D p = (0,4…0,5) ×d; Dр = 0,5 × 30 = 15, мм.
8.2 Выбор размеров рукоятки винта
Общий момент сопротивления повороту винта равен:
Регуляторы напряжения
... формируемого импульса относительно . Многие тиристорные регуляторы мощности используют принцип фазового управления. Принцип работы таких регуляторов основан на изменении момента включения тиристора относительно перехода сетевого напряжения через ноль. На рисунке ...
Т 0 = Ттр + Тн ,
где Т н — момент сопротивления в наконечнике, его величина может быть принята Тн = 0,5 × Ттр . Следовательно
Т 0 = 1,5 × Ттр .
Т 0 = 1.5 × 43916,62 = 65874,93 Н × мм.
Общий момент сопротивления преодолевается усилием рабочего — F р , приложенного к рукоятке длиной Lр , т.е.
Т 0 = Fp ×Lр ,
где F р — усилие рабочего на рукоятке, Fр = 250, Н.
L р — длина рукоятки в мм.
Обычно задача решается относительно требуемой длины рукоятки. При длине рукоятки более 1 метра, следует рассчитывать на усилие двух рабочих.
L р = Т0/ Fр = 65874,93/250 = 263,499, мм.
Диаметр рукоятки D p , принятый по рекомендации п.8.1, следует проверить по напряжениям изгиба:
,
где W x — осевой момент сопротивления: Wx = 0,1Dp 3 ;
[s и ] — допускаемое напряжение изгиба, [sи ] = 260, МПа.
W x = 0,1× 103 = 100, мм3 .
, МПа.
Следовательно, принятый диаметр рукоятки D p = 15 мм полностью устраивает нас. На рис.2 представлено конструктивное оформление головки и рукоятки винта.
Рис.2. Конструктивное оформление головки винта