Винтовой домкрат

Реферат

В данной курсовой работе рассмотрен расчёт конструкции винтового домкрата при наличии некоторых исходных данных. Винтовой домкрат используется на монтаже для подъема тяжелых конструкций на небольшую высоту.

Цель проекта заключается в расчёте размеров и определении возможных нагрузок на инструмент.

Задачами курсовой работы являются:

  • составить и проанализировать структурную схему механизма;
  • сконструировать составные части устройства и корпусные детали;
  • провести анализ нагруженности составных частей;
  • вычислить коэффициент полезного действия винтового домкрата;

1. Составление и анализ структурной схемы механизма винтового домкрата

В данном случае в качестве задания выбрана типовая конструкция винтового домкрата, поэтому структурные схемы составляются по ней. Прежде всего, необходимо определить составные части устройства.

(а) (б)

Рис. 1 Структурная схема винтового домкрата (1 — винт, 2 — гайка, 3 — корпус, 4- чашка, 5 — рукоятка, 6 — поднимаемый груз)

Рабочий, прикладывая к рукоятке 5 усилие Рраб на расстоянии l от оси вращения, заставляет винт 1 вращаться в неподвижной гайке 2 и, преодолевая действие веса Q груза 6, поднимать его. Таким образом, гайка 2 относительно корпуса 3 неподвижна, винт 1 относительно гайки 2 — подвижен.

В резьбе на длине свинчивания lсв винта 1 и гайки 2, витки резьбы винта давят на витки резьбы гайки (см. рис. 1, б) суммарным усилием Q и, т.к. винт вращается, на поверхностях стыка витков возникает момент сил сопротивления движению Тр.

Чашка домкрата 4, на которой лежит груз 6, относительно груза неподвижна. Но, так как винт 1 вращается, в плоскости стыка «а-а» чашки 4 и головки винта действует момент сил трения Топ, препятствующий движению.

Через чашку 4 на головку винта 1 по плоскости контакта «а-а» передается вес Q груза 6. С другой стороны, винт 1 опирается своими витками на длине свинчивания на витки резьбы гайки (рис. 1, б).

Так как каждому действию есть равное и противоположно направленное противодействие, в витках резьбы гайки 2 возникает опорная реакция Q’, направленная вверх и действующая на винт. Поэтому участок винта между чашкой 4 и гайкой 2 сжат. Для того, чтобы вращать винт, поднимая груз, нужно преодолеть трение на опоре Топ (плоскость «а-а») и сопротивление в резьбе Тр. С этой целью рабочий с помощью рукоятки создает момент:

5 стр., 2061 слов

Расчёт конструкции с передачей винт — гайка

... 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 ...

Траб = Рраб

  • l ? Топ + Тр (1)

Получается, что винт нагружен, кроме сжатия, крутящим моментом Топ на участке между плоскостями «а-а» и «d-d» и Тр на участке между плоскостями «d-d» и «m-m».

Осевая сила, сжимающая винт, уменьшается по мере увеличения числа витков резьбы гайки, на которые он опирается. Поэтому на эпюре Q (рис. 1, в) усилие, сжимающее винт, уменьшается на длине свинчивания lсв от максимума до нуля. Момент сопротивления в резьбе, зависящий от этого усилия, также уменьшается от максимума в плоскости «k-k» до нуля в плоскости «m-m». Таким образом, винт работает на сжатие с кручением.

Кроме того, т. к. винт-стержень сжимается продольной силой, необходимо проверить возможность потери им устойчивости при подъеме груза на заданную высоту.

Анализ нагруженности других деталей механизма приведен в соответствующих разделах курсовой работы.

2. Конструирование винта

Винты изготавливаются из сталей марок ст.4; ст.5; сталь 35. 40. 45. Эти материалы могут применяться нормализованными или улучшенными. При необходимости можно применять стали У10; 65Г; 40Х; 40ХН с объемной или поверхностной закалкой.

По структурной схеме (а в данных заданиях и по эскизу типовой конструкции) можно представить, какой формы должен быть винт и выполнить его эскиз.

Очевидно, что основной элемент конструкции винта 1 — стержень с резьбой. В верхней части этого стержня должна быть головка с поперечным отверстием, в которое свободно вставляется рукоятка 5.

На головку винта 1 опирается чашка 4. Во время работы домкрата винт вращается, а чашка нет. Чтобы чашка не соскочила с винта, из головки должна выступать ось для неё. Эскиз винта — рис. 2.

Рис. 2 Эскиз винта

Для того, чтобы чашка 4 не потерялась при хранении домкрата на торце Б винта также закрепляется шайба. Но при этом чашка 4 не должна быть жестко зафиксирована на винте 1. Поэтому высота оси чашки должна быть больше толщины её дна на 1,5-2мм; dо=10…16мм.

При нарезке резьбы на винте 1 нужно обеспечить выход инструменту (рис. 3).

Иначе или инструмент будет поломан, или во время работы гайка заклинится и резьба её будет повреждена.

Диаметр канавки dк берется равным внутреннему диаметру резьбы.

Ширина канавки bк = (2..5)мм. А размер bп = (2…3)мм.

Диаметр переходного участка dп = d или на несколько миллиметров больше. Dг = (1,5…1,8)d — диаметр головки винта.

Рис. 3 Головка винта

2.1 Определение размеров винта в опасных сечениях

Основным параметром винта является диаметр его в опасном сечении. Опасным сечением является сечение, в котором диаметр винта должен быть наименьшим.

Как установлено при анализе структурной схемы, винты работают на сжатие (растяжение) и кручение. Из условия прочности по этим видам деформаций:

; (2)

МПа

наименьший диаметр винта:

, мм (3)

18,4 (мм),

где К — коэффициент, учитывающий скручивание винта (К=1,3);

  • А — площадь винта в опасном сечении;
  • допускаемое напряжение при расчете на сжатие (растяжение);
  • , (МПа); (4)
  • предел текучести используемого материала (100 Н/мм 2 );

n = (3…5) — коэффициент запаса прочности.

Коэффициент запаса прочности назначается в зависимости от степени опасности последствий отказа винта. Очевидно, что в случае домкрата он выбирается больше. Полученное значение допускаемого напряжения нужно округлить до целого числа в меньшую сторону.

2.2 Проверка винта на устойчивость

Если винт сжат, то при гибкости л?55 его необходимо проверить на устойчивость.

(5)

где м — коэффициент приведения длины, учитывающий закрепление винта в опорах;

  • м=1 — если оба конца винта закреплены шарнирно или один из них направляется гайкой;
  • м= 2 — один конец винта свободен, второй направляется гайкой;
  • м=0,5 — оба конца закреплены жестко.

lmax — максимальная высота подъёма винта или наибольшее расстояние от гайки до торца винта;

  • радиус инерции сечения винта.

Для винтов можно принимать

= 4,5. (6)

Условие устойчивости при действии сжимающих нагрузок

; (7)

где — допускаемое напряжение при расчете винта на сжатие (см. выше);

  • ц — коэффициент понижения допускаемого напряжения (ц=0,91).

Величина ц принимается по таблице 1 в зависимости от гибкости винта л.

Таблица 1

Значение коэффициента ц в зависимости от гибкости л

Гибкость л

Коэффициент ц

Гибкость л

Коэффициент ц

Сталь Ст.3; Ст.4;

Сталь 40

Сталь

Ст.5;

  • Сталь 45;

Сталь 50

Сталь

Ст.3; Ст.4

Сталь 40

Сталь

Ст.5;

  • Сталь 45;

Сталь 50

0

1,00

1,00

80

0,70

0,65

10

0,93

0,97

90

0,62

0,55

20

0,95

0,95

100

0,51

0,43

30

0,91

0,91

110

0,43

0,35

40

0,89

0,87

120

0,37

0,30

50

0,86

0,83

130

0,33

0,26

60

0,82

0,79

140

0,29

0,23

70

0,76

0,72

150

0,26

0,21

2.3 Проверка условия самоторможения резьбы

Резьбы, применяемые в рассматриваемых конструкциях, должны быть самотормозящимися. Иначе, как только рабочий перестает воздействовать на рукоятку, винт может начать вращаться в обратную сторону. Чтобы этого не случилось, должно выполняться условие ц ? с’,

где — угол подъёма резьбы; (8)

P и d 2 — шаг и средний диаметр резьбы;

; (9)

  • приведенный угол трения в резьбе; (10)

;

  • б — угол наклона рабочей грани витка резьбы (рис. 5.8 в качестве примера трапецеидальная резьба);
  • коэффициент трения в резьбе.

Принимаем fmin=0,1, что соответствует слабой смазке.

Угол наклона рабочей грани (б=15є — трапецеидальная резьба).

Чтобы завершить конструкцию винта нужно определить его линейные размеры. Для этого нужно знать размеры чашки, гайки и некоторых других деталей.

3. Конструирование гаек винтовых устройств

3.1 Форма гайки и материалы для её изготовления

Из анализа структурной схемы ясно, что витки резьбы винта опираются на витки резьбы гайки и при этом винт вращается (или наоборот, задание 5).

Гайка, чаще всего, вставляется в корпус механизма и под действием нагрузки висит на буртике. Она выполняется как отдельная деталь из антифрикционного материала. Применяются бронзы (ОФ10-1; БрОЦС 5-5-5; БрАЖ 9-4 и др.).

При небольших нагрузках могут быть использованы антифрикционные чугуны (АЧС-1; АЧС-2 и др.) или серые чугуны (СЧ-15; СЧ-18).

Если нужно с гайкой связать конструктивные элементы: рукоятки или пальцы, гайки делают либо целиком стальные (ст.3; стали 20, 30), либо из дешевой стали выполняют корпус, в который вставляют гайку, выполненную из бронзы или чугуна.

В некоторых случаях гайки, как таковой, может вообще не быть: резьба для взаимодействия с винтом нарезается непосредственно в корпусной детали.

3.2 Определение размеров гайки

3.2.1 Определение высоты гайки

Высота гайки:

, мм, (11)

где Р — шаг резьбы;

  • Z — число витков резьбы гайки.

мм.

Число витков резьбы определяется из расчета на смятие

; (12)

где Асм — площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки.

, мм 2 . (13)

Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [усм] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р] (Таблица 2).

Таблица 2

Допускаемое удельное давление

Материал винта и гайки

[р], МПа

Чугун по чугуну

3…3,5

Сталь по чугуну

5…6

Сталь по антифрикционному чугуну

10…13

Сталь по стали

7…13

Сталь по бронзе оловянистой

8…13

Сталь по бронзе безоловянистой

7…8

Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать Z больше не имеет смысла. Поэтому:

; (14)

Полученное число витков Z проверяется на срез:

; (15)

где [фср]=0,15[ур] — для чугунной гайки;

  • kр — коэффициент полноты резьбы (kр=0,4 для трапецеидальной резьбы).

3.2.2 Определение наружного диаметра гайки

Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв в одной из плоскостей. Из условия прочности на растяжение с кручением

; (16)

и площади сечения гайки:

; (17)

;

  • , мм; (18)

где [ур]== — для чугунных гаек; (19)

n — 2,5…3,5 — коэффициент запаса прочности;

  • К =1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.

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

  • (20)

3.2.3 Определение размеров буртика гайки

На кольцевой поверхности контакта буртика гайки и корпуса возникают напряжения смятия. Поэтому

; (21)

Отсюда

, мм; (22)

мм.

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

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 Dб ?Dнг+10мм.

Высота буртика.

Высота буртика определяется из условия прочности его на срез:

; (23)

[фср] = 20…30Мпа для чугуна.

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

4. Конструирование чашек и захватов

Конструкция чашки — рис. 4. Материалы: сталь ст.3, 20, 20Л т.п.

dотв =d0 +(2…3)мм = 12 мм; (24)

dвн =dш +(2…3) = 20 мм; (25)

dш=(1,5…2) dотв = 18 мм; (26)

Толщина шайбы = 2-3мм.

Диаметр dн определяется из расчета на смятие

; (27)

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

По диаметру принимается диаметр головки винта D. При этом нужно чтобы выполнялось соотношение

D=?(1,5…2)d, (28)

где d — диаметр винта.

k=(2…3)мм (рис. 4).

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

Принятые размеры проверяются на сжатие.

, (29)

где = (0,6…0,8) материала чашки (10,4 МПа).

Рис. 4 Чашка винта

5. Конструирование рукояток

5.1 Материалы для изготовления рукояток

Рукоятки изготавливаются из сталей: ст. 3; ст.4; 35; 45. Штурвалы отливаются из чугуна СЧ15. С ними используется ручка штурвала из стали ст. 3.

5.2 Определение длины рукоятки

С помощью рукоятки рабочий создает момент Траб для преодоления сопротивления в резьбе Тр и на опорной поверхности чашки или торца винта, или гайки — Топ:

Траб=Рраб·lрасч.?Тр+Топ. (30)

Траб=200·150?6564,5+9769,2;

  • где Рраб — усилие рабочего на рукоятке;
  • Рраб=120-150 Н при длительной непрерывной работе;
  • Рраб=200-250 Н при кратковременной (до 5мин) с большими перерывами в работе;
  • lрасч — расчетная длина рукоятки;
  • момент сопротивления в резьбе; (31)
  • средний диаметр резьбы винта;
  • и — угол подъема резьбы и приведенный угол трения;
  • Топ — момент трения на опорной поверхности.

; (32)

где Dн — наружный диаметр опорной поверхности чашки;

  • d — внутренний диаметр опорной поверхности — dотв;
  • f — коэффициент трения сухих поверхностей;
  • f= 0,15…0,18 — сталь по чугуну.

Полная длина рукоятки l:

l =150+43/2+120…150=290 мм,

где Dг — диаметр головки винта.

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

5.3 Определение диаметра рукоятки

Рукоятка работает на изгиб как консольная балка с вылетом lи:

  • lи=lрасч.- Dг/2=150-43/2=128; (33)

Mи=Рраб.·lи=200 128=25600; (34)

; (35)

, где [уи]=ут/n; (36)

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

6. Стопорные винты

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

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

, (37)

Гайка будет неподвижна, т.к. Топ> Тр

Здесь

  • (38)

Для поверхности без смазки:

  • f=0,15…0,18 — сталь по чугуну;
  • f=0,18…0,3 — сталь по стали;
  • f=0,10…0,15 — сталь по бронзе.

7. Определение линейных размеров винта

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

l0 — длина оси чашки l0=дч+(1…2)=21 мм, (39)

где дч- толщина тела чашки;

  • Нгол- высота головки винта;

Н гол =(1,8…2)dр =27мм, (40)

(вк+вп)= 4 мм- суммарный размер проточки и переходного участка;

  • lраб- длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки и заданной высоты подъёма груза плюс запас (1-1,5)Р =150 мм.

Полученная таким образом длина винта округляется до целого числа по ГОСТ 6636-83.

8. Корпусные детали

Материал — чугун марок СЧ15; СЧ18

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:

  • D=Dнг=43 мм;
  • Dнг — наружный диаметр гайки;
  • Н ? ;
  • высота гайки без буртика;
  • D2 ? Dб;
  • Dб- диаметр буртика гайки;
  • Н4=lраб+ (15…20)=170мм; (41)

lраб — длина рабочей гайки винта;

  • D3= D + (3…5)мм=40 мм; (42)

Рис. 5 Корпус домкрата

tgг= 0.08…0.1;

  • D5= D3+ 2Н4tg г=40+2 170 0,139=94 мм. (43)

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

Толщина стенки корпуса д=8…12мм.

Толщина фланца h1=(1,2…1,5)д=9 мм. (44)

9. Коэффициент полезного действия винтового устройства

9.1 К.П.Д. винтового устройства

К.П.Д. винтового устройства определяется по формуле

, (45)

где — полезная работа за один оборот винта;

  • затраченная работа за один оборот винта.

Для однозаходных винтов:

Н·мм, (46) где Р — шаг винта.

Н·мм. (47)

9.2 К.П.Д. винтовой пары

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

; (48

Заключение

Результатом курсовой работы стала разработка конструкции винтового домкрата. В девяти пунктах пояснительной записки спроектирована структура винтового домкрата, а именно: рассчитаны размеры составных частей (корпус, винт, гайка, чашка и т.д.) и проверены на устойчивость к различным видам нагрузок, выбраны материалы изготовления и множество других параметров необходимых для более безопасной и долговечной работы устройства в зависимости от прилагаемых нагрузок, вычислен коэффициент полезного действия.

Таким образом, в ходе теоретических и практических исследований были полностью выполнены цели и задачи, поставленные во вводной части данного курсового проекта.

Список используемых источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/domkrat-vintovoy/

винтовой домкрат резьба гайка

1. Решетов Д.Н. «Детали машин». М., «Машиностроение», 2005. 496 с.

2. Ефоян А.С., Дорофеев В.Г., Муравьева В.А., Шебанов И.Г. «Проектирование винтовых механизмов авиационных устройств и роботов». Учебное пособие. Харьков: ХАИ,2009. 87 с.

3. Яковлев Ю.В. «Расчет и проектирование устройств с винтовой передачей». Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. Харьков: ХАИ,2008. 85 с.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М., «Машиностроение», 2009.

5. Иванов М.Н. «Детали машин». Курсовое проектирование. М., «Высшая школа»2010. 551 с.

6. Табель технологического оборудования и специализированного инструмента для АТП, АТО и БЦТО. М.: ЦБНТИ Минавтотранса, 2012. 98 с.