Расчет конструкции пяты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной расчетно-графической работе проектируется винтовой домкрат, максимальное усилие на винте которого составляет 14 кН; осевое перемещение винта - 350 мм. винт гайка резьба конструкция

Домкрат будет интенсивно использоваться для ремонтных и монтажных работ в автомастерской, для подъема грузов на небольшую высоту. Возможно неквалифицированное и неаккуратное использование, поэтому условия работы являются неудовлетворительными.

Основные элементы домкрата представлены на рисунке 1: корпус 1, винт 2, гайка 3, пята 4, рукоятка 5, шайба 6, крепежные детали.

Рис.1. Конструкция домкрата

Корпус 1 домкрата представляет собой полый конус. Внутри корпуса установлена гайка 3 с небольшим натягом. Она может быть установлена и по посадке с зазором, тогда для предотвращения проворачивания или выпадения гайки применяют стопорный винт 8.

Винт 2 приводится в движение рукояткой 5. Для удобства работы рукоятка снабжена шаровыми ручками. Вращаясь в неподвижной гайке, винт перемещается поступательно, поднимая или опуская груз. Груз опирается на пяту 4. Для того, чтобы пята была неподвижна относительно груза, она снабжается насечкой. Пята зафиксирована на винте при помощи гайки 9. На поверхности контакта гайки и пяты при работе домкрата возникают значительные силы трения, для уменьшения которых применяют смазку. К нижнему концу винта крепежным винтом 10 прикреплена шайба 6, которая не позволяет полностью вывинтить винт из гайки и, следовательно, исключает возможность аварии.



1. Выбор материалов для всех элементов механизма

Материалы винтов должны обладать высокой износостойкостью, хорошей обрабатываемостью, высокой прочностью. Таким требованиям лучше всего отвечают стали. Поскольку в ходовых винтах присутствует скольжение, для уменьшения трения гайки делают из антифрикционных материалов, причем следует учитывать, что с увеличением содержания олова антифрикционные свойства у бронзы улучшаются, а стоимость увеличивается.

Исходя из вышесказанного выбираем следующие материалы:

· для изготовления винта домкрата - сталь II группы, не подверженную закалке и более дешевую по стоимости - 50 (ГОСТ 19903-74);

· для изготовления гайки - безоловянную бронзу БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79), т.к. она обладает хорошими антифрикционными свойствами и относительно небольшой стоимостью;

· для изготовления рукоятки - сталь Ст3, т.к. она обладает необходимой прочностью и низкой стоимостью.



2. Расчет элементов передачи винт-гайка

Основными деталями, от которых зависит работоспособность винтовых механизмов, является винт и гайка.

Винт домкрата работает одновременно на сжатие и кручение. Кроме того:

· для обеспечения износостойкости проверяется контактное давление в витках резьбы;

· должно быть обеспечено самоторможение винтовой пары;

· винт необходимо проверить на устойчивость.

2.1 Выбор типа резьбы

Для проектируемого механизма выбираем упорную резьбу, т.к. домкрат является механизмом с односторонним действием нагрузки, и винт оказывается нагружен достаточно сильно.

2.2 Определение размеров резьбы по условию износостойкости

Т.к. основной причиной выхода из строя винтовых механизмов является износ резьбы гайки, то диаметр винта определим из условия износостойкости:

где Q = 14 · 10³ (Н) - осевое усилие, действующее на винт;

Ш_h - коэффициент высоты профиля резьбы, для упорной резьбы Ш_h = 0,75;

Ш_H - коэффициент высоты гайки, в данном случае гайка должна быть высотой не менее, чем 2 средних диаметра, поэтому принимаем Ш_H = 2;

d₂ - средний диаметр резьбы;

[q] - предельно допустимое давление в витках резьбы, выбираем [q] = 8 МПа, т.к. условия работы являются плохими.

Отсюда:

По рассчитанному среднему диаметру из ГОСТ 10177-82 подбираем несколько типоразмеров упорной резьбы с разными шагами:

1. Р = 3;2. Р = 5;3. Р = 8;

d = 22 мм; d = 24 мм; d = 26 мм;

d₂ = 19,75 мм; d₂ = 20,25 мм; d₂ = 20 мм;

d₁ = 16,793 мм; d₁ = 15,322 мм; d₁ = 12,116 мм;

D₁ = 17,5 мм. D₁ = 16,5 мм. D₁ = 14 мм.

2.3 Проверка на самоторможение

Под самоторможением понимается обеспечение невозможности самопроизвольного движения винта под действием рабочей нагрузки.

Для обеспечения самоторможения механизма должно выполняться условие:

где с' - приведенный угол трения;

ц - угол подъема винтовой линии;

k_с > 1,3 - коэффициент запаса самоторможения.

Угол подъема винтовой линии ц зависит от геометрии резьбы:

где Р - шаг резьбы;

d₂ - средний диаметр резьбы.

Определим угол подъема винтовой линии для выбранных вариантов резьбы:

Приведенный угол трения с':

где f₁ = 0,09 - коэффициент трения, зависящий от шероховатострей рабочих поверхностей витков и материала гайки;

б = 3° - угол наклона рабочей грани витка к торцевой плоскости винта (для упорной резьбы).

Условию самоторможения удовлетворяет резьба с Р = 3.

Износостойкость обеспечивается ограничением давления:

30,1 > 24, т.е. диаметр резьбы не удовлетворяет заданным условиям. Увеличим диаметр, сохраняя Р = 3:

d = 28 мм;

d₂ = 25,75 мм;

d₁ = 22,793 мм;

D₁ = 23,5 мм.

Давление в витках резьбы:

23,09 < 24, условие выполнено.

Вновь определим угол подъема винтовой линии и выполним проверку на самоторможение:

Определим число витков в гайке:

В дальнейшем расчет ведем с резьбой S28x3.

2.4 Выбор конструкции пяты

Под пятой подразумеваем опорную поверхность, к которой прикладывается осевое усилие Q со стороны чашки домкрата. При вращении винта чашка домкрата остается неподвижной, поэтому на опорной поверхности пяты возникает трение, для уменьшения которого применяют смазку.

Для проектируемого механизма выбираем наиболее простую по конструкции и по способу установки кольцевую пяту, рекомендуемую для домкратов небольшой грузоподъемности.

Диаметр можно принять

где d - наружный диаметр винта.

Принимаем = 22 мм.

Диаметр находится из условия износостойкости трущихся деталей:

где [q₂] - давление на трущихся поверхностях пяты.

[q₂] = 25....40 МПа

Имеет место возможность перегрузок, интенсивность и неквалифицированность использования, поэтому применяем [q₂] = 30 МПа.

Высоту выступа на пяте можно принять .

Принимаем = 29 мм.

Момент трения на кольцевой пяте будет равен:

где f₂ = 0,11 - коэффициент трения стальной чашки о стальной винт.

2.5 Проверка винта на устойчивость

Винты, работающие на сжатие, под воздействием рабочей нагрузки могут получить продольный изгиб и выйти из строя, поэтому проверка на устойчивость является обязательной.

Ш канавки < Ш внутр.;

Ширина канавки: b = 5 мм;

d3 (канавки) = d₁ - 1,2 = 22,793 - 1,2 ? 21,5 мм;

Высота нарезанной части:

Ннар.ч. = Нг + Н;

Нгайки = d₂ ? Ш_H = 25,75 • 2 = 51,5 мм;

Ннар.ч. = 51,5 + 350 = 401,5 мм;

Принимаем Ннар.ч. = 402 мм;

dгв = (1,1…1,5) • d;

dгв = 1,3 •28 = 36,4 мм

Принимаем dгв = 36 мм

hгв = (1,3…1,6) • d

hгв = 1,5 • 28 = 42 мм.

При расчете на устойчивость будем рассматривать винт как гладкий стержень, нагруженный сжимающей силой Q, диаметром равным внутреннему диаметру резьбы d₁.

Гибкость винта определяется по формуле:

,

где - коэффициент приведения длины, зависящий от способа закрепления концов винта; в нашем случае = 2;

l - длина участка винта, работающего на сжатие;

l = Ннар.ч. - 0,5•Нгайки + b + hгв + С = 401,5 - 25,75 + 5 + 42 + 2 = 424,75;

i_x - радиус инерции поперечного сечения винта;

i_x = 0,25d₁ = 0,25 • 22,793 ? 5,7.

Условие устойчивости винта:

,

где - критическая сила, при которой винт потеряет устойчивость;

- коэффициент запаса устойчивости;

; примем = 3.

> 90, следовательно винт является гибким, поэтому расчет ведем по формуле Эйлера:

,



где - приведенный момент инерции сечения, мм⁴;

, мм⁴, ;

Е = 2,110⁵ МПа - модуль продольной упругости стали;

43198,5 > 42000 => условие устойчивости выполняется.

2.6 Расчет прочности винта

Проверка на прочность винта выполняется по условию прочности на одновременное сжатие и кручение. Перед построением эпюры необходимо найти момент трения Мр в резьбе, который распределен по высоте гайки. Найдем величину Мр:

Расчет на прочность каждого участка ведется по эквивалентному напряжению:

,

где

; ;

где - осевое усилие, действующее на винт;

- момент, скручивающий винт;

- диаметр рассматриваемого сечения винта;

- площадь поперечного сечения винта;

- полярный момент сопротивления поперечного сечения винта.

Допускаемое напряжение для стали 50 принимаем: = 127 МПа.

Все значения эквивалентных напряжений меньше допускаемого - прочность винта обеспечена.

2.7 Проектирование гайки

Ходовая гайка винтового механизма должна иметь простую конструкцию, легко монтироваться, не проворачиваться в корпусе из-за момента трения в резьбе и не выпадать при переворачивании механизма.

Обычно гайка по конструкции представляет собой цилиндрическую втулку с буртиком, который передает осевую нагрузку от винта на корпус. Данная конструкция является самой простой при изготовлении и монтаже, но не гарантирует от проворачивания или выпадения при использовании посадки с зазором.

2.7.1 Расчет геометрических размеров гайки

Высота гайки равна (см. расчет на износостойкость):



.

Высоту гайки необходимо увеличить на ширину фаски резьбовой части гайки (рис. 3.8), т.к. часть резьбы, приходящуюся на фаску, при работе резьбы не учитывается.

Размер фаски должен быть не меньше высоты профиля резьбы: .

Принимаем С1 = 3. Тогда высота гайки:

Диаметр гайки назначают в зависимости от толщины стенки гайки:

,

где - конструктивная толщина стенки гайки; для гаек, установленных с натягом: от 4 мм для 8…10 мм до 8 мм для 30…40 мм; поэтому принимаем 7 мм.

Диаметр буртика гайки можно принять: .

Высота буртика .

Тогда:

= 42 мм => С2 = 2; С3 = 1,6; R1 = 1.

Для удобства сборки в резьбовом отверстии делают фаску , на торце гайки - фаску , а в корпусе - фаску . Для снижения концентрации напряжений у буртика выполняют закругление .

2.7.2 Проверка гайки на прочность

Корпус гайки проверяется по условия прочности на разрыв усилием Q и одновременное скручивание моментом :



.

где - осевое усилие, действующее на винт;

- коэффициент, учитывающий напряжения от скручивания, = 1,25…1,3; принимаем = 1,3;

d - наружный диаметр резьбы;

- допускаемое напряжение растяжения; для бронзы принимаем = 60 МПа;

у < [у] => условие выполняется.

Опорная поверхность буртика проверяется по условию прочности на смятие. Так как в корпусе для облегчения монтажа гайки сделана фаска , то внутренний диаметр поверхности работающей на смятие, будет :

,

где - допускаемое напряжение смятия; для бронзы можно принять = 60 МПа;

усм < [усм] => условие выполняется.

Буртик проверяется из условия его прочности на изгиб:

,

где - допускаемое напряжение на изгиб; для бронзы можно принять = 60 МПа;

уи < [уи] => условие выполняется.



2.7.3 Способ фиксации гайки

По условиям работы механизма фиксация гайки не требуется, т.к. осевая нагрузка приложена сверху, поэтому гайка будет удерживаться от проворачивания только за счет сил трения на опорной поверхности буртика. Условие непроворачиваемости гайки имеет следующий вид:

.

Момент трения на поверхности контакта корпуса и буртика будет:

= > условие выполняется.

Выбираем самый простой способ фиксации гайки - посадка с натягом.

2.8 Проектирование привода винтового механизма

В качестве привода винтового механизма используются рукоятки разнообразных типов. Тип рукоятки выбирается исходя из анализа работы механизма, по соображениям удобства использования и минимальной стоимости.

При неинтенсивном использовании винтового механизма применяют более простые и дешевые в изготовлении рукоятки различных типов.

Для привода винтового механизма домкрата я выбрала прямую подвижную рукоятку круглого сечения. Она устанавливается в отверстии головки винта с зазором 0,2 - 1,0 мм (в зависимости от диаметра рукоятки) для обеспечения беспрепятственного перемещения в осевом направлении.

Для предотвращения выпадения рукоятки на ее концах с помощью резьбы установлены шаровые ручки по МН 6-64:

Расчетная длина рукоятки, т.е. расстояние от оси вращения винта до центра ладони рабочего находится по формуле:

М = Мр + Мп

момент, создаваемый рабочим для преодоления моментов трения в резьбе Мр и на пяте Мп;

Fр - усилие, создаваемое одним рабочим; принимаем Fр = 100, т.к. домкрат будет использоваться часто.

Диаметр рукоятки круглого сечения находится из условия ее прочности на изгиб:

.

Допускаемое напряжение на изгиб для Ст3 можно принять = 85 МПа. Тогда:

Принимаем d_р = 20 мм.



Заключение

В данной расчетно-графической работе спроектирован винтовой домкрат, максимальное усилие на винте которого составляет 14 кН; осевое перемещение винта - 350 мм, полностью отвечающий по параметрам заданию на проектирование.



Список литературы

1. Бабкин А.В., Давыдов Ю.В., Морозов А.С., Руденко А.В. Проектирование передачи винт-гайка.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.1. - М.: «Машиностроение», 1980 - 728 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.2. - М.: «Машиностроение», 1980 - 559 с.

4. Иоселевич Г.Б. Детали машин - М.: «Машиностроение», 1988-368 с.

5. Камнев Г.Ф. Винтовые механизмы - Л.: изд. ЛКИ, 1967 - 52с.

Размещено на Allbest.ru

...