1
Донской государственный технический университет
Кафедра «ОКМ»
Конструирование простых винтовых устройств
Методические указания к расчетно-графической работе № 1
по курсу «Основы конструирования машин»
Ростов-на-Дону 2003г.
2
Составители: доц., к.т.н. Марисов А.Ф. ст. преп. Сиротенко А.Н. ассистент Партко С. А.
В руководстве использованы некоторые материалы предыдущего издания, составленного к.т.н., доц. Рублевым В.С., к.т.н., доц. Кушнаревым В.И. и ассистентом Грибовой М.С.
УДК 621.86.06001 24 (076.-5) Конструирование простых винтовых устройств; Методические указания к расчетно-графической работе № 1/ ДГТУ. Ростов-на-Дону.
2003г. ____ с. Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения при
выполнении ими расчетно-графической работы по конструированию простых винтовых устройств в процессе изучения курсов «Основы конструирования машин» и «Детали машин».
В методических указаниях приводятся: алгоритм выполнения работы; анализ структурной схемы механизма для разработки
требуемой формы и оценки нагружения её элементов, установления их критериев работоспособности; расчеты деталей по установленным критериям работоспособности; методика конструирования деталей, некоторые справочные материалы; литература.
Печатается по решению методической комиссии Конструкторского факультета. Научный редактор к.т.н., доцент Ю.Е. Андрющенко Рецензент Донской Государственный Технический Университет. 2003.
С
3
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. 1.1.Ознакомление с конструкциями винтовых устройств типа домкратов,
прессов, съемников, механизмов отвода муфт. 1.2.Освоение методики составления расчетных схем деталей винтовых
устройств и определения их критериев работоспособности. 1.3.Освоение инженерных методов расчета и методики конструирования
винтовых устройств.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Расчетно-графическая работа состоит из двух частей:
пояснительной записки и графической части – чертежа ручного винтового устройства. 2.1.Оформление пояснительной записки.
Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 (294х210). Записка должна содержать: - титульный лист, выполненный по принятому на кафедре образцу; - текст задания с указанием номера задания и варианта (первый лист
записки); - эскиз винтового устройства с буквенными обозначениями
определяемых размеров (второй лист записки); - краткое описание и назначение проектируемого устройства (третий
лист); - структурную схему механизма и её анализ; - прочностные расчеты основных элементов винтового устройства; - обоснование размеров детали, принимаемых конструктивно; - определение к.п.д. винтового устройства; - список использованной литературы; - содержание.
Расчеты элементов конструкции должны сопровождаться эскизами с простановкой необходимых размеров и обозначений.
2.2.Оформление чертежа.
Чертеж устройства выполняется в карандаше на листе формата А2 или на ЭВМ, желательно, в масштабе 1:1. Чертеж выполняется с соблюдением требований ЕСКД с необходимым числом проекций, сечений и разрезов с простановкой габаритных, монтажных и посадочных размеров.
3. ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ.
4
Задание на расчетно-графическую работу выдается преподавателем указанием номеров задания и варианта. Числовые данные берутся по таблице 3.1. по заданному варианту.
а,
мм
80
80
80
90
90
90
100
100
100
100
100
120
120
120
120
120
120
120
140
140
6 Ход
му
фты
l P,
мм
12
0 13
0 14
0 15
0 16
0 17
0 18
0 19
0 20
0 21
0 22
0 23
0 24
0 25
0 26
0 27
0 28
0 29
0 30
0 31
0
Д2,
мм
80
80
80
80
95
95
85
95
115
115
115
115
140
140
140
140
170
170
170
170
Д1,
мм 65
65
65
65
80
80
80
80
100
100
100
100
120
120
120
120
150
150
150
150
5 Длина
втулки
l, мм
100
100
100
100
120
120
120
120
140
140
140
140
160
160
160
160
180
180
180
180
4 Ход
винта
l P, мм
40
40
40
60
60
60
80
80
80
100
100
100
120
120
110
100
100
100
100
100
3 Ном
ер
подш
ип-
ника
207
307
208
308
209
309
210
310
211
311
212
312
213
313
214
314
215
216
315
316
Диаметр
шкива
Dш, м
м 14
0 14
0 16
0 16
0 16
0 18
0 20
0 20
0 22
4 25
0 25
0 28
0 28
0 28
0 28
0 30
0 30
0 40
0 40
0 40
0
2 Диаметр
вала
d в
мм 30
30
35
35
40
45
50
50
55
60
60
65
65
70
70
75
75
80
85
80
1 Вылет
l 1, мм
150
160
180
200
200
220
240
250
260
200
220
240
250
260
220
240
250
260
220
240
Ном
ера заданий
1,2,
3,7
Расчетная
дл. винта
l P,
мм 15
0 15
0 15
0 18
0 18
0 20
0 20
0 22
0 22
0 22
0 25
0 25
0 25
0 30
0 30
0 30
0 40
0 50
0 60
0 70
0
Тип
резьбы
треуг.
трапец
. треуг.
трапец
. треуг.
треуг
трапец
. треуг.
трапец
. прямоуг.
трапец
. упорн.
прямоуг.
трапец
. упорн.
прямоуг.
трапец
. упорн.
трапец
. прямоуг.
Осевое
усилие
Q
(кН
) 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
30
40
Таблица
3.1
5
Вариант
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
6
7
8
9
10
11
12
13
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИНТОВЫХ УСТРОЙСТВ. 4.1.Алгоритм разработки конструкции. 4.1.1. Четко сформулировать, что требуется сделать с помощью заданной
конструкции. 4.1.2. Разработать (придумать) структурную схему механизма, позволяющего
выполнить поставленную задачу. 4.1.3. Выполнить анализ разработанной схемы с целью установить:
- какие детали подвижны, а какие нет и где происходит их контакт, т.е. где возникают сопротивления движению; - какие нагрузки и где действуют на элементы механизма в различных эксплутационных ситуациях; - какую форму должны иметь элементы для успешного выполнения механизмом поставленной задачи; - какие напряжения возникают в элементах механизма под действием нагрузок в различных эксплуатационных ситуациях.
4.1.4. Выбрать материал для изготовления деталей механизма и определить допускаемые напряжения для прочностных расчетов.
4.1.5. Выполнить расчеты основных параметров деталей механизма и сделать их эскизы. назначив размеры остальных элементов деталей в зависимости от полученных основных параметров.
4.1.6. Выполнить сборочный чертеж механизма. Примечание: Обычно, предварительно намеченная конструкция детали, уточняется в процессе выполнения сборочного чертежа и наоборот, сборочный чертеж может корректироваться в результате деталировки. 4.2. Составление и анализ структурной схемы механизма.
В случае, когда конструкция не типовая нужно составить (придумать) принципиальную схему механизма, позволяющего выполнить поставленную задачу. В данном случае в качестве заданий выбраны типовые конструкции, поэтому структурные схемы составляются по ним. В качестве примера представлены схемы винтового домкрата (рис. 4.1.а) и съёмника для втулок (рис. 4.2.) и приведен анализ схемы винтового домкрата.
Пример. Анализ структурной схемы задания «Домкрат». Критерии работоспособности винта (Рис. 4.1а ). 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
14
относительно корпуса 3 неподвижна, винт 1 относительно гайки 2 – подвижен.
15
6
5
Q
Рраб
d d a a
z
4
1
m k k l св
3
m
Dб
k k
d 2
n
c1
c
3
Q
n
c
b m m
Dн
d1
c1 1
h б h
l св
d a a
Tоп
Тр
Рраб
k
d
1
m m
k
l св
Tоп Q Т
Тр
1. Винт 2. Гайка 3. Корпус
4. Чашка 5. Рукоятка 6. Поднимаемый груз
Рис.4.1
Q
Q
16
В резьбе на длине свинчивания lсв винта 1 и гайки 2, витки резьбы винта давят на витки резьбы гайки (рис. 4.1.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. 4.1.б.). Так как каждому действию есть равное и противоположно направленное противодействие, в витках резьбы гайки 2 возникает опорная реакция Q',
Z
l св
Рраб
1. Винт; 2. Гайка 3. Корпус
2 5
4
1
d d a a
6
m m
4. Захват; 5. Рукоятка 6. Втулка, которую
нужно вытащить Рис. 4.2
17
направленная вверх и действующая на винт (рис. 4.1.в). Поэтому участок винта между чашкой 4 и гайкой 2 сжат. Эпюра сжимающих сил Q приведена на рис. 4.1.в. 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
Траб = Рраб · l ≥ Топ + Тр 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» (рис. 4.1.в). Осевая сила, сжимающая винт, уменьшается по мере увеличения числа витков резьбы гайки, на которые он опирается. Поэтому на эпюре Q (рис. 4.1.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, сжимаемый продольной силой, нужно проверить возможность потери им устойчивости при подъеме груза на заданную высоту. Анализ нагруженности других деталей механизма приведен в соответствующих разделах руководства.
5. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИНТОВ. 5.1.Материалы для изготовления винтов.
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.
5.2.Определение формы и размеров винта. Сконструировать деталь значит установить её форму и размеры.
5.2.1. Определение формы винта. По структурной схеме (а в данных заданиях и по эскизу типовой конструкции) можно представить, какой формы должен быть винт и выполнить его эскиз. Пример: определение формы винта домкрата. Очевидно, что основной элемент конструкции винта 1 (рис 3.7 и 4.1.а) – стержень с резьбой. В верхней части этого стержня должна быть головка с поперечным отверстием, в которое свободно вставляется рукоятка 5.
18
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. 5.1.
Обратите внимание: для того чтобы выполнить такой эскиз, нужны лишь соотношения размеров деталей: один больше, а другой должен быть меньше диаметра d резьбовой части стержня винта. 5.2.2. Некоторые особенности конструкций винтов, задаваемых для разработки механизмов Задания № 1 и № 4.
Винт должен вращаться в неподвижной чашке и при этом давить на деталь через неё (рис. 3.1 и 3.4). А при хранении чашка не должна соскакивать с винта. Поэтому конструкцию решают подобно рис. 5.2 или 5.3.
Диаметр dоп должен свободно проходить через гайку, т.е. он должен быть меньше
внутреннего диаметра резьбы на 0,5-1мм. Чтобы не создавать напряжений изгиба в стержне винта, торец А
выполнен сферическим. Можно сделать его плоским, но тогда между торцом винта и чашкой нужно установить сферическую шайбу (рис 5.2.б).
В конструкции на рис. 5.2.а чашке 4 не дают соскочить с винта 1 два сухарика 7 (кольцо разрезанное на две части), которые крепятся к ней винтами 8. Диаметр внутреннего отверстия в этих сухариках больше на 1-2мм диаметра проточки, но меньше dоп. Чашка должна свободно «болтаться» на винте т.е. dр = dоп+ (1…2)мм и
зазор δ1 =(1…3)мм.
Рис. 5.1.
19
После того как винт 1 упрется в дно чашки 4, а чашка в деталь, должен остаться зазор δ2 между торцевой поверхностью винта Б и сухариками. В конструкции на рис. 5.3 вместо сухариков использованы два штифта 9, которые вставлены в боковые сверления чашки так, чтобы чашка не спадала с винта. Все остальное аналогично предыдущей конструкции. Задания № 2 и № 3 В этих заданиях (рис. 3.2 и 3.3) винты заканчиваются внизу заострением.
dсп
δ
Рис.5.2
Q 1
А А
Б
dпр
dсп 8
dр
dцн
А
4
δ 1 l пр
l н
7 d н 7
8
Q 1
А А
Б
dпр
dсп
dон
dр
А
4
δ 1 l хв
l н
δ 2
d н 7
α0
Рис.5.3
20
Если этого не сделать, то плоский торец винта может соскользнуть с торца вала во время стягивания шкива или подшипника (т.к. винт вращается). При изготовлении валов обычно на их торцах выполняются конические центровые отверстия. В них и упирается заостренный конец винта. Размеры центровых отверстий см. в таблице 8.1. Задание № 5 В этом задании (рис. 4.2) захват 4 должен шарнирно закрепляться на нижнем конце винта 1. Это сделано для того, чтобы захват мог устанавливаться по торцу выталкиваемой втулки, не создавая дополнительных изгибающих нагрузок на винт. Конструктивное решение такого узла представлено на рис.5.5.б.
На нижнем торце винта 1 выфрезерован зуб (рис. 5.5.а). Ширина зуба Н1 может быть больше диаметра винта.
Осью 9 захват 4 связан с винтом 1. Чтобы ось 9 не выскочила, поставлен шплинт 10.
Для обеспечения возможности покачивания захвата 4 вокруг оси 9 нужно чтобы С1>0,5R1 и С3>0,5R2. Задание № 6
Винт этого механизма устанавливается горизонтально на двух подшипниках скольжения (рис.5.4)
1- проточка для выхода инструмента. Рисунок 5.4
Диаметры d2 = d + (2…4)мм; d3 = d1 - (2…4)мм. Буртиком d4 винт упирается в корпус механизма d4 = d2 + (8…10)мм; На посадочном месте d5 будет находиться штурвал, а резьбовая часть d6
нужна для установки шайбы и гайки, чтобы закрепить штурвал. d5 – определяется при выборе штурвала (см. п. 8.2) d6 – принимается: d6 = d5 - (2…4)мм. Между резьбовой частью винта и посадочным местом d2 и между
Подшипник
lБ
1
l3 lp+Hг l2
1
lш lкр
Подшипник
d d 1
d 3
d 2
d 4
d 5
d 6
21
поверхностями d5 и d6 имеется проточка для выхода инструмента (см. задание № 7 в этом разделе). Задание № 7 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
d0
с 2
d1
В В
R2
f2
f2
f1
f1 А А
В – В
Н2 Н1
b
А – А
Н1
b
d0
в
с 1
а)
б)
k
с 3
k
m
m
hст
10
1
10
lзуба
с 3
Dвн
R2
R1 с 1
с 4
10
с 2
4
δ
Dн
Рис. 5.5
22
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. 5.6). 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.
5.2.3. Определение размеров винтов 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 [ ]сжсж AKQ σσ ≤⋅
= ;
наименьший диаметр винта [ ]сж
KQdσπ⋅
=4'
1 , мм *)
где К – коэффициент, учитывающий скручивание винта; К=1,25…..1,35 –если винт скручивается только моментом в резьбе; К=1,3…..1,5 –если винт скручивается суммарным моментом в
резьбе и опоре; А – площадь винта в опасном сечении; [ ]сжσ – допускаемое напряжение при расчете на сжатие
(растяжение); [ ]n
Tсж
σσ = , Мпа.
σт – предел текучести, выбранного для изготовления винта материала; __________________________
*) здесь и далее все результаты вычислений обозначаются штрихом, а все окончательно принятые значения параметра - без штриха Например: '
1d -вычислено, 1d – принято.
dн
dк
Hгол
d
Dг
d ор
b к b н
Головка винта
Стержень винта
Рис.5.6
23
n =(3..5) – коэффициент запаса прочности. Коэффициент запаса прочности назначается в зависимости от степени
опасности последствий отказа винта. Очевидно, что в случае съемника для втулок коэффициент запаса можно взять меньше, а в случае домкрата - больше. Полученное значение допускаемого напряжения нужно округлить до целого числа в меньшую сторону.
Значение '1d вычисляется с точностью до сотых долей.
Если минимальным является внутренний диаметр резьбы винта (задания 2,3,6,7) и резьба по заданию стандартная, то по полученному значению '
1d из соответствующего стандарта подбирается такая резьба, у которой внутренний диаметр d1 будет ближайшим большим к '
1d . Если резьба нестандартная – прямоугольная, то параметры её
назначаются. Обычно принимаются: '1d - округляется до целого четного числа в большую сторону и
принимается как внутренний диаметр 1d ;
шаг резьбы- 41dР = ;
высота витка - 2ph = ;
глубина нарезки - 2pb = (рис. 4.1.б)
Если минимальным является диаметр проточки dпр (задания 1, 4; рис 5.2 и 5.3), то полученное из расчета значение '
1d округляется до ближайшего целого и принимается в качестве прd .
Внутренний диаметр резьбы: прdd ='1 +(3,0…5)мм.
Затем, как описано выше, либо подбирают резьбу по стандарту, либо принимают её параметры.
В задании 5 винт работает на растяжение с кручением, а на нижнем конце его выполняется зуб (рис. 5.5.а) . Сечение зуба по плоскости А-А – прямоугольник, ослабленный отверстием под ось d0. Сечение в месте перехода от винта к зубу В-В – прямоугольник. Сечение винта по внутреннему диаметру резьбы – круг. Все эти сечения должны быть равнопрочны. Для того, чтобы добиться этого нужно выполнить следующие операции.
а) Определить диаметр оси d0
24
Оси изготавливаются из среднеуглеродистых сталей: ст.4; стали 35, 40, 45, как правило, без термообработки. Если прочность оси будет недостаточна, то произойдет её срез по двум плоскостям «к-к» и «m-m» (рис 5.5.б).
Поэтому ( ][ срср AQ ττ ≤= )
][4'
0ср
Qdτπ ⋅
= , мм,
где [τср] = (Q3…0,4)σт, МПа материала оси. Полученную величину '
0d округляем в большую сторону до целого числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры в машиностроении»;
б) Определить толщину зуба «b». На поверхности контакта деталей ось – зуб под нагрузкой возможно
смятие ( [ ]смсм
см AQ σσ ≤= ).
При расчетах на смятие цилиндрических поверхностей bdАсж ⋅= 0 .
Поэтому ][0
'
смdQbσ⋅
= , мм.
где смσ =0,8 Тσ , МПа. Расчет ведется по менее прочной детали. Полученное значение b′ принимается равным ближайшему
большему целому числу. Но делать b>15мм не нужно. в) Определить потребную по прочности на растяжение с кручением
площадь сечения ][
'
рпотр
QKAσ
= , мм2
Вычислять 'потрA до сотых без округления.
г) Размеры зуба в сечении А-А (рис. 5.5.а) Толщина «b» принята ранее (п. б)
Ширина b
bdAH потр 0
''1
+= , мм.
Округлить до ближайшего целого значения Н1. д) Размеры зуба в сечении В-В(рис. 5.5.а)
b
AH потр
''2 =
Не округляя пока, примем 21 Hd ′=′ .
25
е) Параметры резьбы Как описано выше, по '
1d либо находим параметры стандартной резьбы, либо принимаем параметры нестандартной. После этого окончательно принимаем 12 dH = .
ж) Определить размеры С2 и С4 (рис 5.5) Размер С2 принимается так, чтобы не произошел срез по плоскостям
«f1-f1» и «f2-f2». Поэтому ][2
'2
срbQCτ⋅
= ,мм.
где [σср]=(0,3…0,4)σт, МПа. Округлить в большую сторону до ближайшего целого числа с учетом
0d . Принять С4=(2…3)мм.
5.2.4. Проверка винта на устойчивость.
Если винт сжат, то при гибкости λ≥55 его необходимо проверить на
устойчивость. i
lmaxµλ =
где µ – коэффициент приведения длины, учитывающий закрепление винта в опорах;
µ=1 – если оба конца винта закреплены шарнирно или один из них направляется гайкой;
µ= 2 – один конец винта свободен, второй направляется гайкой; µ=0,5 – оба конца закреплены жестко. При определении µ, если винт на опорах скольжения и в каждой опоре
соотношение длины цапфы винта цl и её диаметра цd
2≤ц
ц
dl
,
то можно считать такие опоры шарнирными (задание № 6). maxl – максимальная высота подъёма винта или наибольшее
расстояние от гайки до торца винта; i – радиус инерции сечения винта.
Для винтов можно принимать 41di = .
{Строго: AIi = где )625.0375.0(
64 1
41
dddI +=
π,
4
21d
Aπ
= }
Условие устойчивости при действии сжимающих нагрузок
26
ϕσσ ⋅≤= ][ сжсж AQ
где [ ]сжσ – допускаемое напряжение при расчете винта на сжатие (см. выше);
φ – коэффициент понижения допускаемого напряжения. Величина φ принимается по таблице 5.1 в зависимости от гибкости
винта λ. Таблица 5.1
Значение коэффициента φ в зависимости от гибкости λ Коэффициент φ Коэффициент φ Гибкость
λ Сталь Ст.3; Ст.4;
Сталь 40
Сталь Ст.5;
Сталь 45; Сталь 50
Гибкость λ 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 Если условие работоспособности не выполняется, то необходимо
увеличить диаметр винта и повторить эту проверку. 5.2.5. 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 φ ≤ ρ'
где 2d
Parctgπ
ϕ = - угол подъёма резьбы;
P и d2 – шаг и средний диаметр резьбы;
2cos
'αρ farctg= - приведенный угол трения в
резьбе; α – угол наклона рабочей грани витка резьбы
(рис. 5.7 в качестве примера трапецеидальная резьба); f – коэффициент трения в резьбе; Принимаем fmin=0,1, что соответствует слабой смазке.
α
Рис.5.7
27
Угол наклона рабочей грани: α=0º - прямоугольная резьба; α=3º - упорная резьба; α=15º - трапецеидальная резьба; α=30º - метрическая резьба.
Чтобы завершить конструкцию винта нужно определить его линейные размеры. Для этого нужно знать размеры чашки, гайки и некоторых других деталей пока ещё неизвестные. Поэтому определение линейных размеров винта см. п. 11 этого руководства.
6. КОНСТРУИРОВАНИЕ ГАЕК ВИНТОВЫХ УСТРОЙСТВ.
6.1.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 (рис. 6.1.). Она выполняется как отдельная деталь из антифрикционного материала (рис. 6.2). 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 (рис. 6.3) или пальцы (рис 6.4), 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.
6.2. Определение размеров гайки 6.2.1. Определение высоты гайки
Высота гайки Hг=Р·Z, мм где Р – шаг резьбы; Z – число витков резьбы гайки. Число витков резьбы определяется из расчета на смятие
][ смсм
см AZQ σσ ≤⋅
=
где Асм – площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки (рис. 6.2)
)(4
21
2 DDАсм −=π
, мм2
28
Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [σсм] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р] (Таблица 6.1)
Таблица 6.1
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
в в
Dнг
в в
Dнг
Фаска на корпусеQ
Q
3 3
Рис.6.1
c
c D
D1
Нг
c
c
Dнг
hб
Рис.6.2
а) а
а
29
Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать Z больше не имеет смысла. Поэтому
10][)(
421
2' ≤
⋅−⋅=
pDDQZ
π
Если Z' получается больше 10, то нужно увеличить диаметр резьбы и повторить расчет. Полученное число витков Z' проверяется на срез по плоскости «а-а» (рис. 6.2 б)
]['2
срp
ср ZPkDQ τ
πτ ≤
⋅⋅⋅⋅= ,
где [τср]=0,75[σр] – для бронзовой гайки; [τср]=0,15[σр] – для чугунной гайки; [τср]=(0,2…0,3)σр – для стальной гайки;
Dнг
Рукоятка l1
D1
D
∆k ∆k
Hг
d d
Рис.6.3
Dнг
D1
Рис.6.4
D
D1
∆k Палец
l 1 с
Нг
30
kр – коэффициент полноты резьбы: kр=0,88 для треугольной резьбы; kр=0,76 для упорной резьбы; kр=0,5 для прямоугольной резьбы; kр=0,4 для трапецеидальной резьбы.
Если τср> [τср] необходимо: при Z'<10, увеличить число витков и повторить проверку; при Z'≥10, увеличить диаметр резьбы и повторить определение числа
витков. Если τср≤ [τср], то по Z' определяется высота гайки '
гН и округляется до ближайшего целого большего числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры».
6.2.2. Определение наружного диаметра гайки (кроме гаек заданий № 5 и 6).
Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв её по плоскости «в-в» (рис. 6.1). Из условия прочности на растяжение с кручением
][ pp
р AKQ σσ ≤⋅
= .
и площади сечения гайки )(4
22' DDA нгp −=π
][][4 2
p
pнг
DKQD
σπσπ
⋅
⋅⋅+⋅= , мм.
где [σр]= nтσ - для стальных и бронзовых гаек;
[σр]= nвσ - для чугунных гаек;
n – 2,5…3,5 – коэффициент запаса прочности; k =1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.
Для удобства изготовления и нормальной эксплуатации толщина тела гайки должна быть не менее 5мм, поэтому должно быть
DDнг ≥ +10мм. 6.2.3. Определение размеров буртика гайки.
Наружный диаметр. На кольцевой поверхности контакта буртика гайки и корпуса
возникают напряжения смятия. Поэтому
31
][)(
422 смнгб
смDD
Q σπ
σ ≤−
= .
Отсюда
][][4 2
'
см
смнгб
DQDσπ
σπ⋅
⋅⋅+= , мм.
Здесь [σсм] = 0,8σт т.к. контактирующие детали неподвижны. Расчет ведется по менее прочной детали.
На входе в расточку корпуса (рис. 6.1) 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 по плоскости «с-с» (рис. 6.2 а).
][' србнг
ср hDQ τ
πτ ≤
⋅⋅= .
где [τср] = 20…25Мпа для бронзы; [τср] = 20…30Мпа для чугуна.
Полученные значения 'бD и '
бh - округляются до ближайших больших целых значений по ГОСТ 6636-83.
6.2.4. Определение наружного диаметра гайки съёмника для втулок (задание
№5). В съёмнике для втулок гайка имеет форму, приведенную на рис 6.3.
Во время работы она опирается на корпус плоскостью «d-d». Поэтому из условия прочности на смятие
][][4 2
'
см
смнг
DQD
σπσπ
⋅
⋅⋅+= , мм.
Так как поверхности подвижны относительно друг друга [σсм] =(13…15)Мпа (сталь по стали).
Затем тело гайки нужно проверить на сжатие
][)(
422' сж
нгсж DD
KQ σπ
σ ≤−
⋅= ,
где nт
сжσσ =][ ;
Значения n и K см. п. 6.2.2.
32
Так как 1l (рис 6.3) не может быть меньше 5мм, нD должно быть
DDнг ≥ +(14…20)мм.
Полученное значение 'нгD округляется до ближайшего большего
целого по ГОСТ 6636-83. Если гайка вставная, то размеры корпуса под неё определяются, по
размерам гайки с учетом необходимости крепления рукояток.
6.2.5. Определение размеров гайки механизма отвода муфты (задание № 6). Гайка стальная. Конструкция по рис. 6.4.
Высота гайки определяется по п. 6.2.1., но для обеспечения устойчивого положения на винте при перемещении Нг=(0,8-1)D, мм.
Наружный диаметр принять DDнг = +2(с+ 1l ), мм.
1l min=5мм.
сmin=3мм.
7. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЧАШЕК И ЗАХВАТОВ. 7.1.Задания №1 и 4.
Форма и конструктивные решения чашек для таких конструкций приведены на рис. 5.2 и 5.3.
Чашки изготавливаются из сталей ст.3, ст4, 35 и т.п. или отливаются из сталей 20Л, 25Л, 35Л и т.п.
Внутренние размеры чашек определяются по соответствующим размерам винтов и рекомендациям п.5.2.2.
Для чашек по рис. 5.2 задаются диаметром винтов крепления сухариков (обычно– М6). Толщину тела чашки от стенок резьбового отверстия до внутренней и наружной поверхностей принимают по (3…5)мм и тогда dн= dр+ 2(5+6+5), мм Толщина сферической шайбы (5…7)мм. Радиус сферы – R=(3…5)dоп
Высота чашки определяется так, чтобы обеспечивался зазор δ1 (см. п. 5.2.2.) и соотношение δ2> δ1.
Для чашек по рис. 5.3. диаметр штифта 9 принимается dш=6…8мм. Межосевое расстояние штифтов а0=dпр+dш+1мм.
Остальные размеры определяются аналогично вышеизложенному. 7.2. Задания № 2 и 3.
33
В этих конструкциях захватами нужно «ухватиться» либо за ступицу шкива (задание № 2), либо за внутреннее кольцо подшипника (задание № 3). Поэтому эти детали имеют форму крючка (рис. 7.1, 7.2).
Глубина захода «а» определяется размерами снимаемого шкива или подшипника. Так как шкив имеет большой наружный диаметр, верхнюю часть захвата съёмника для шкивов (задание№ 2) делают изогнутой, чтобы уменьшить размеры корпуса съёмника. Захваты изготавливаются из сталей ст.3, ст.4, 35, 45.
Проще всего размеры захватов определить конструктивно, а затем проверить их на прочность в опасных сечениях.
Для определения размеров захвата на листе миллиметровой бумаги, от руки, в масштабе 1:1 используя заданные размеры шкива (подшипника) и ход винта, полученные размеры винта и гайки, необходимо выполнить следующее:
- нанести контур шкива (подшипника), насаженного на вал; - нанести контур винта, упирающегося в центровое отверстие вала; - нанести контур гайки, расположенной на винте в положении,
соответствующем началу съёма шкива (подшипника); - нарисовать ориентировочно контур корпуса съёмника; - нарисовать захват, принятой формы, упирающийся в шкив
(подшипник); - замерить: для задания № 2 –а; l ; 1l ; 2l ; 3l ; h
для задания № 3 –а; l ; 1l ; h6; hв.
и округлить полученные размеры до целых значений по ГОСТ 6636-83; - задаться толщиной «b» - захвата.
По полученным размерам выполняется проверка захвата на прочность при изгибе с растяжением.
Схема нагружения захвата, эпюры изгибающих моментов и осевых сил представлены на рис. 7.1 и 7.2.
На этих рисунках: R – нагрузка на захват, действующая по линии соединяющей ось
захвата «о» с точкой упора в снимаемую деталь «с». Вектор R раскладывается на составляющие F – горизонтальную и Q/Z-
вертикальную
γtgZQF ⋅=
Z – число захватов съёмника: задание № 2 – Z=2; задание № 3 – Z=3; Углы β = 15…35º и α= 30…35º принимаются. Опасными сечениями являются «Б-Б» и «В-В». Напряжения в этих сечениях (в точке «а»)
34
][11р
ББа A
NWМ
Бσσ ≤+±=
(1)
][11р
ВВа A
NWМ
Вσσ ≤+±=
Здесь М1 – изгибающий момент в сечении;
35
N1 – осевое усилие в сечении.
Задание № 2 )1)(2
(2 11 γβ tgtghlQМ ⋅+−= ;
)sincos(21 ββγ −⋅= tgQN ;
1
2lltg =β ;
latg =γ ;
1
2llarctg=β ;
36
Задание № 3 11 3lQМ = ;
γtgQN31 = ;
latg =γ ;
WБ; WВ – моменты сопротивления сечения
6
2ii
ihbW ⋅= , мм4
АБ; АВ – площади сечений Аi=bi·hi, мм2
[σр]= nтσ ; где n=2…3 коэффициент запаса прочности.
Если неравенства (1) не выполняются, то нужно увеличить размеры сечений захватов съёмника и (или) изменить соотношение между ними, после этого повторить расчет.
7.3. Задание № 5.
Захват в съёмнике для втулок имеет форму, показанную на рис. 7.3.
Размеры b, «с зуба», d0, с3, с2 принимаются по ранее полученным размерам зуба винта (пп. 5.2.2, 5.2.3) Ширина В≈3bмм;
Сзуба
δ
Dн
l1
Q/2 Q/2
Dн – Сзуба
Q/2
l М
В
d 0
d 0
с 3
с
Рис.7.3
37
Dн =Dнар.вт. –2мм; Dвн =Dвн.вт.+1,0мм. где Dнар.вт. и Dвн.вт. – наружный и внутренний диаметры заданной
втулки.
Толщина захвата δ определяется из расчета на изгиб ( ][ ии WМ σσ ≤= ):
lQМ2
= , Нмм; ][
3
иBlQ
σδ ⋅⋅= , мм,
где 2СзубаDl и ⋅= (величиной 1l
пренебрегаем); [σи]=(0,5…0,6)σт материала пальца.
7.4. Задание № 6 В механизме отвода муфты гайка связана с
исполнительным механизмом через пальцы (рис 6.4). Пальцы изготавливаются из сталей: ст.3, 20, 30 и привариваются к гайке.
Диаметр пальца (рис.7.4) dп≥8мм. Палец работает на изгиб, поэтому
ммMdn
n 8][1.0≥=
σ
2lQM ⋅
= ; l1 – см. п.6.2.5;
l=10…15мм; [σn]=(0,5…0,6) σт l2=(1,2…1,3)l;
7.5 Задание № 7.
Конструкция чашки – рис. 7.5.
Материалы: сталь ст.3, 20, 20Л т.п. Принять: dотв =d0 +(2…3)мм и округлить до целого четного значения.
dвн =dш +(2…3)мм dш=(1,5…2) dотв.
Рис 7 4
Q/2
d п
l1 l2
Q/2
l
Допн
Двн
400
k
Hч
δ
Дн
Рис.7.5
38
Толщина шайбы –2-3мм. Диаметр dн определяется из расчета на смятие
][][4 2
'
см
смотвн
dQdσπ
σπ⋅
⋅⋅+= ;
где [σсм]= (13…15)Мпа т.к. контактирующие поверхности подвижны относительно друг друга.
По диаметру 'нd принимается диаметр головки винта D (п.5.2.1.). При
этом нужно чтобы выполнялось соотношение D= '
нd ≥(1,5…2)d, где d – диаметр винта. k=(2…3)мм (рис. 7.5).
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.
][)(
422 сжвнопн
сж DDQ σ
πσ ≤
−= ,
где ][ сжσ = (0,6…0,8) ][ Tσ материала чашки. .
8. КОНСТРУИРОВАНИЕ РУКОЯТОК. 8.1.Материалы для изготовления рукояток и штурвалов.
Рукоятки изготавливаются из сталей: ст. 3; ст.4; 35; 45. Штурвалы (маховички) отливаются из чугуна СЧ15. С ними
используется ручка штурвала из стали ст. 3. 8.2.Определение длины рукоятки и радиуса штурвала.
С помощью рукоятки рабочий создает момент Траб для преодоления сопротивления в резьбе Тр и на опорной поверхности чашки или торца винта, или гайки – Топ (п.4.2.) должно быть
Траб=Рраб·lрасч.≥Тр+Топ. где Рраб – усилие рабочего на рукоятке; Рраб=120-150Н при длительной непрерывной работе; Рраб=200-250Н при кратковременной (до 5мин) с большими перерывами работе; lрасч – расчетная длина рукоятки;
)(2
'2 ρϕ +⋅= tgdQТр - момент сопротивления в резьбе;
39
2d - средний диаметр резьбы винта;
ϕ и 'ρ – угол подъема резьбы и приведенный угол трения (п. 5.2.5.) Топ – момент трения на опорной поверхности:
задания № 1 и 4 – 3
опоп
dfQT ⋅⋅= (п. 5.2.2. рис. 5.2)
задания № 2 и 3 - 2
2sin
сроп
dfQТ ⋅⋅= α , 21αtglddср ⋅+=
Параметры d1, l1 и α берутся из таблицы 8.1. Таблица 8.1
Центровые отверстия (по ГОСТу 14034-68), размеры в мм Dmax
*
) d L, не менее l
Форма 1
30
40
60
80
4 5
6,3 8
8,4
10,6
13,4
17,1
3,4
4,3
5,4 7
Dmax*
) d L1, не менее L1
Форма 2
30
40
60
80
4 5
6,3 8
9,6
12,2
15,2
19,1
4,6
5,7
7,2 9
*)примечание Dmax – диаметр вала, с которого снимается шкив или
подшипник.
40
Задания № 5 и 7: 22
33
31
dDdDfQТ
н
ноп −
−⋅= ,
где Dн – наружный диаметр опорной поверхности (задание № 5-гайки, рис 6.4; задание № 7 – чашки, рис.7.7)
d – внутренний диаметр опорной поверхности (задание № 5- диаметр резьбы, рис 6.4; задание № 7 – dотв, рис.7.7)
f – коэффициент трения сухих поверхностей f= 0,15…0,18 – сталь по чугуну;
f= 0,18…0,3 – сталь по стали. Полная длина рукоятки l (рис. 8.1)
l =lрасч. +Dг/2+120…150мм, где Dг – диаметр головки винта (п. 5.2.2) Длина 120…150мм добавляется для удобства захвата рукоятки рукой и
для установки упорных шайб на концах рукоятки. В механизме отвода муфты (задание № 6) используется штурвал по
нормали МН –5 –64 [3,6]. Усилие рабочего на штурвале Рраб= (120…140)Н
Радиус штурвала раб
рабш Р
ТR =
По радиусу штурвала по нормали подбирается штурвал и ручка к нему.
8.3.Определение диаметра рукоятки. Рукоятка работает на изгиб как консольная балка (рис.8.1) с вылетом
lи
Рис.8.1
М
Рраб
lи
l
lрасч lи
Dг
41
lи=lрасч.- Dг/2; Mи=Рраб.·lи;
3'
][1,0 и
иp
Mdσ⋅
= ;
[σи]=σт/n; n=2…3. Полученный размер рd′ округлить в большую сторону по ГОСТ 6636-83.
9. СТОПОРНЫЕ ВИНТЫ
При вращении винта 1 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.
Гайка будет неподвижна если Топ> Тр (1)
Здесь )(2
'2 ρϕ +⋅= tgdQТр (п. 8.2) (рис. 6.2 а)
Для поверхности без смазки:
f=0,15…0,18 – сталь по чугуну; f=0,18…0,3 – сталь по стали; f=0,15…0,15 – сталь по бронзе.
Если Топ ≤ Тр, то нужно исключить возможность вращения гайки. Для этого устанавливают стопорный винт. (рис. 9.1).
В качестве стопорных винтов используют установочные винты с коническим концом диаметром М6, М8 по ГОСТ 1478-74. Изготавливают их из стали ст.3; 20; 30. Винты проверяют на срез
][)(821
срнг
опрср dD
ТТτ
πτ ≤
⋅⋅
−= ,
10. ШАРНИРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ЗАДАНИЯХ № 2 И 3.
10.1. Задание № 2.
Шарнирное соединение корпуса и захвата в этой конструкции ничем не отличается от шарнирного соединения винта с захватом из задания № 5.
Стопорный винт
Гайка
Dб
Dнг
а
42
Вместо толщины зуба в расчете следует брать толщину захвата съёмника для шкивов. Усилие, действующее на ось Q/2, т.к. у съёмника два захвата.
10.2. Задание № 3. Ось с захватом может перемещаться по пазу в корпусе съёмника. Таким
образом, съёмник настраивается на размер снимаемого подшипника. Диаметр подшипника, указанный в задании, является наибольшим для данного съёмника. Обычно ход оси составляет (30…40)мм.
При расчетах на смятие нужно учесть, что ось находится не в круговом отверстии в корпусе, а в пазу. Поэтому при расчете на смятие – расчет по корпусу:
][25.03 10
смсм вdQ σσ ≤
⋅⋅⋅⋅=
где 3Q
– т.к. у съёмника три захвата;
05.0 d⋅ – т.к. ось в пазу корпуса;
12 в⋅ – толщина опорных поверхностей паза корпуса. Остальное так же как в п. 5.2.3.а, б
10.3. Определение длины оси Длина оси должна быть достаточной для того, чтобы после установки
её на место, можно было в задании № 2 установить на неё шплинт, а в задании № 3 – шайбу и шплинт.
11. 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 (по заданиям): Задания № 1 и 4: - lхв – длина хвостовой части винта (рис. 5.2. и 5.3), определяется в
результате конструирования чашек устройств; - lраб – длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки
и заданного хода винта; - вк+вп – суммарный размер проточки для выхода инструмента и
переходного участка (рис. 5.6); - Нгол – высота головки винта (рис. 5.6) Нгол=(1,8…2)dр (п. 8.2);
dоп=dр+(1…2)мм – диаметр отверстия под рукоятку. Задания № 2 и 3:
43
- lкон – длина конического участка нижнего конца винта; - lпер= 5…7 – длина перехода от конического участка до начала
резьбовой части винта; - lраб – длина рабочей части винта, получается как сумма 0,5l, где l –
размер захвата (рис. 7.1 и 7.2); Нг – высоты гайки и заданного рабочего хода винта;
- (вк+вп)+ Нгол – (см. задания № 1 и 4); - плюс (1…1,5)р – запасная длина винта. Задание № 5: - (с1+с2) – размеры зуба (рис 5.5); - (Нвт) - (с1+с2+с4) – (рис 5.5), Нвт – высота выталкиваемой втулки; - Нстак. – высота стакана (п. 12.5); - Нг – высота гайки (п. 6.2.1); - плюс запасной участок (1,5-2)Р. - Задание № 6: - l3-(0,7…1,2)d3; - l2-(0,8…1)d2+20мм, где 20мм – толщина стопорного кольца; - lБ= 6…10мм; - lш- определяется по нормам на штурвал (см. п. 8.1); - lкр =(1,2…1,3)d6.
Задание № 7: - l0 – длина оси чашки l0=δч+(1…2)мм, где δч- толщина тела чашки (п.
8.5); - Нгол- высота головки винта (см. задание № 1 и 4); - (вк+вп)- суммарный размер проточки и переходного участка (рис. 5.5); - lраб- длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки и
заданной высоты подъёма груза плюс запас (1-1,5)Р. - Полученная таким образом длина винта округляется до целого числа
по ГОСТ 6636-83. -
12. КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ 12.1. Задание № 1.
Корпус пресса рис 12.1.а. Корпус пресса изготовляется отливкой из чугуна марок СЧ15; СЧ18
или из стали марок 35Л; 40Л; 45Л.
44
Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки;
Н≥ 'гН ; '
гН - высота гайки без буртика;
l = lраб +hб +lн, где lраб - заданный рабочий ход винта; hб - высота буртика гайки;
45
lн - размер от нижней поверхности чашки до начала резьбы винта (рис. 5.2);
l1 – заданный вылет оси винта пресса; Dз = Dн +2мм, Dн – наружный диаметр чашки (рис. 5.2); D4 =(3…4)Dз
46
47
Dз = Dн +2мм, Dн – наружный диаметр чашки (рис. 5.2); D4 =(3…4)Dз
Толщина стенок отливки принимается (8…12)мм. Остальные размеры определяются конструктивно Удобно сделать это прорисовкой от руки на миллиметровке в масштабе 1:1.
При конструировании Т – образного сечения обычно принимаются а=(3,5…5)δ и в/а=1,2…1,5.
Опасным является сечение А-А (рис 12.1) в котором действуют суммарные напряжения
σ = ± σи + σр ≤ [σр],
где A
Аи W
М±=σ , Н/мм2;
AQ
р =σ , Н/мм2,
Изгибающий момент: М=Q·lм, Нмм lм – расстояние от оси винта до центра тяжести сечения. WА – момент сопротивления сечения относительно центральной оси
Ус (рис. 12.1 б); А – площадь сечения Моменты сопротивления
1YW и 2YW :
c
ycY xhb
JW
−+=
)( 21
, c
yY x
JW 2
2= ,
где Jус – момент инерции сечения относительно центральной оси; хс – расстояние от оси у до центра тяжести сечения
21
2211АА
хАхАхс +⋅+⋅
= ,
где А1, А2 – площади прямоугольников, на которые разбито сечение АА; х1, х2 – соответственно расстояние от центральных осей У1 и У2 до оси У. Центральный момент инерции сечения АА относительно оси Ус
2221
21 21
AaJAaJJ yyyc ⋅++⋅+= , где
21 yy J,J - момент инерции относительно центральных собственных осей у1 и у2, соответственно
12
32
1
bhJ y⋅
= ; 12
22
haJ y⋅
=
а1 = хс - х1; а2 = х2 - хс. Величины допускаемых напряжений: для чугуна [σ]р=40…60Мпа, [σ]=130…150Мпа; для стали [σ]р ≈[σ] =90…110Мпа.
48
12.2. Задание № 2: Корпус съёмника для шкивов рис 12.2. Материал – сталь: ст.3; ст.4; 35; 45. Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; dоси= d0; d0 – диаметр оси; Н ≥ '
гН ; 'гН – высота гайки без буртика;
lз – по заданному диаметру шкива и конструкции захвата; В ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; в1=в; в – толщина захвата; с1= h+(4…6)мм; h – ширина захвата; с2= l/2+(2…3)мм. Остальные размеры определяются конструктивно.
Корпус работает на изгиб как двухопорная балка, нагруженная посредине силой Q.
Напряжения в среднем сечении такой балки с учетом ослабления отверстием D.
][ ии WМ σσ ≤= ,
где 32lQМ ⋅= , Нмм;
)(6
2
DBHW −= , мм3;
nт
nσσ =][ , Мпа; n=1,5…2.
Если условие прочности не выполняется, нужно увеличить В или Н (или оба размера) и повторить расчет. Если В<2b, то нужно проверить контакт корпуса с осью на смятие (п. 5.2.3 б).
12.3. Задание № 3.
Корпус съёмника для подшипников рис. 12.3. Материал – ст.3; ст.4; сталь 35, 45. Размеры определяемые по заданным и полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; Н ≥ '
гН ; 'гН – высота гайки без буртика;
δ =δ1=в; в – толщина захвата; Dк ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; l1=30…40мм (п. 10.2) l2 – определяется по наружным диаметрам заданного подшипника;
49
вn=d0; d0- диаметр оси шарнирного соединения (п. 10.2) . Остальные размеры определяются конструктивно.
Полученную конструкцию нужно проверить на прочность в опасных сечениях А-А и Б-Б.
Сечение А-А ][ иА
Аи W
М σσ ≤= ,
где 3
)( 12 llQМА−⋅
= , Нмм – изгибающий момент;
6
2)(6
20
2 dбBHWA⋅
−−=δ
т.к. сечение ослаблено пазом под захват
и пазами под ось; [σи] – см. п.12.2. Сечение Б-Б. Расчетная схема – балка несимметрично нагруженная (рис. 12.4)
32lQМБ
⋅= , Нмм; )(
6
2DDHW k −= , мм3
12.4. Задание № 4. Корпус пресса для гибки труб рис 12.6. Материал – сталь 35Л; 40Л. Размеры, определяемые по заданным или полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки;
'гНH ≥ ; '
гН – высота гайки без буртика;
Dк ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; l=lраб+hб+ lн, где lраб- заданный ход винта; hб- высота буртика гайки (п. 6.2.3); lн – размер от нижней рабочей поверхности до начала резьбы винта (рис. 5.3.); Остальные размеры определяются конструктивно.
Полученную конструкцию нужно проверить на прочность в опасных сечениях А-А и Б-Б.
Сечение А-А ][2 p
А
АА A
QWМ σσ ≤+±= ,
где 2
rQМА⋅
= , Нмм;
50
6
2abWA⋅
= ;
[σр]= σт/n где n=1,5…2. Сечение Б-Б.
][ иБ
ББ W
М σσ ≤±=
4)( сlQ
МБ+⋅
= , Нмм; )(6
2DDHW kБ −= , мм3
[σи] – см. п. 12.2. 12.5. Задание № 5.
Корпус съёмника для втулок (рис. 12.5) Материал – сталь ст.3 Корпус состоит из втулки 1 и приваренного к ней диска 2. Размеры, определяемые по заданным или полученным параметрам: d отв= d+(2…3)мм; d- диаметр винта; D ≥ Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; D3 =Dнар.вт +5мм; Dнар.вт – наружный диаметр выталкиваемой втулки; δ≥5мм; D4 =D3+2δ; h=(1,3…1,5)δ Н=l; l- длина выталкиваемой втулки; Н1= Н+ h+ (3…5)мм. Толщина стенки δ проверяется на сжатие. Остальные размеры определяются конструктивно.
12.6. Задание № 6. Корпус механизма отвода муфты рис. 12.7. Материал – см. 12.1. Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам; L1=lр+Нг+20мм (20мм- толщина стопорного кольца); d2 и d3 – по соответствующим диаметрам опорных поверхностей винта (п. 5.2.2); с1≥0,6Dнг; с = с2 ≥ (1,2…1,5)с1.
Размеры таврового сечения корпуса определяются аналогично рассмотренному для задания № 1 (п. 12.1).
12.7. Задание № 7.
51
Корпус домкрата рис. 12.8.
52
53
Материал – чугун марок СЧ15; СЧ18 Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; Н ≥ '
гН ; 'гН – высота гайки без буртика;
D2 ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; Н4=lраб+ (15…20)мм; lраб – длина рабочей гайки винта; D3= D+ (3…5)мм; tgγ= 0.08…0.1; D5= D3+ 2Н4tg γ; Диаметр D7 определяется из условия прочности на смятие деревянной
опоры, на которую ставится домкрат. Для дерева [σсм]=2…2,5Мпа. Толщина стенки Толщина стенки корпуса δ=8…12мм. Необходимо проверить её на
сжатие. Для проверки принимается сечение А-А. [σсж]=130…150Мпа. Толщина фланца h1=(1,2…1,5)δ
13. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ВИНТОВОГО
УСТРОЙСТВА.
13.1. К.П.Д. винтового устройства К.П.Д. винтового устройства определяется по формуле
затр
полАА
=η ,
где полА – полезная работа за один оборот винта; затрА – затраченная работа за один оборот винта.
Для однозаходных винтов PQАпол ⋅= , где Р – шаг винта.
рукзатр ТА ⋅⋅= π2
13.2. К.П.Д. винтовой пары К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле
)( '.. ρϕ
ϕη+
=tg
tgпв
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
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.
Recommended
