Основы проектирования домкрата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения

2. Выбор материалов для всех элементов механизма

3. Расчет элементов передачи винт-гайка

3.1 Выбор типа резьбы

3.2 Определение размеров резьбы по условий износостойкости

3.3 Проверка на самоторможение

3.4 Определение размеров гайки

3.5 Проверка винта на устойчивость

3.6 Расчет винта на прочность

3.7 Определение конструктивных размеров винта и опорной чашки

4. Размеры корпуса

5. Привод передачи

6. Расчет параметров передачи

7. Требования, предъявляемые при работе с домкратами



Введение

Основы проектирования - дисциплина, в которой рассматриваются вопросы проектно-конструкторской деятельности в профессиональной среде на основе системного подхода к проектированию машин и оборудования, основам расчета типовых механизмов; вопросы разработки проектно- конструкторской, технологической и эксплуатационной документации.

К числу рассматриваемых вопросов относятся также методы обоснования и разработки технического задания на проектирование и изготовление новых и совершенствование существующих образцов машин и оборудования с технико-эргономическим обоснованием принимаемых решений и учетом требований эргономики, экологической чистоты, патентной защиты, охраны труда и безопасности. Рассматриваются также методы проектирования, обеспечивающие получение эффектных конструкторских разработок, отвечающих требованиям перспективного развития отрасли.

Домашнее задание помогает закреплению теоретических знаний по основам проектирования на примере решения практических задач. Выполнение домашнего задания будет способствовать формированию у студентов следующих компетенций:

ПК-1 - способность обеспечивать технологичность изделий и процессов их изготовления, уметь контролировать соблюдение технологической дисциплины при изготовлении изделий;

ПК-9 - способность организовывать работу малых коллективов исполнителей, в том числе над междисциплинарными проектами;

ПК-14 - умение подготавливать исходные данные для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на основе экономических расчетов;

ПК-21 - умение применять стандартные методы расчета при проектировании деталей и узлов изделий машиностроения

ПК-23 - способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам

ПК-24 - умение проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных решений.

В данной расчетно-графической работе проектируется винтовой домкрат. Эта работа выполняется в рамках домашнего задания в соответствии с учебным планом направления «Технологические машины и оборудование». Варианты заданий приведены в приложении 1.

Исходными данными являются: Q - максимальное усилие на винте, Н; l -осевое перемещение винта, мм.

Домашнее задание состоит из графической и расчетной частей. Графическая часть выполняется на одном листе формата А1 (841x594 мм). Расчетная часть оформлена в виде пояснительной записки объемом 15ч20 с., - на листах А4 (210х297мм).

Расчетная часть пояснительной записки включает следующие разделы:

- введение;

- выбор материалов для всех элементов механизма;

- расчет элементов передачи винт-гайка;

- размеры корпуса;

- привод передачи;

- расчет параметров передачи;

- требования, предъявляемые при работе с домкратами.

Графическая часть проекта включает сборочный чертеж домкрата (формат А2), рабочие чертежи гайки и винта (формат А3).



1. Общие сведения

домкрат винт износостойкость резьба

Домкрат применяется для получения большого усилия на выходе с использованием небольшого рабочего усилия на входе. Основным элементом домкрата является передача винт-гайка. Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. В силовых передачах винт-гайка часто применяются трапецеидальная, упорная и прямоугольная резьбы. Они обладают высокой прочностью витков, технологичны, имеют более высокий КПД, чем метрическая резьба. Винт и гайка должны составлять прочную и износостойкую пару.

Домкрат интенсивно используется для ремонтных и монтажных работ в автомастерской, для подъема грузов на небольшую высоту.

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

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



Рис. 1 Конструкция домкрата

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.



2. 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, то для уменьшения трения гайки делают из антифрикционных материалов. Чаще применяют бронзу. Причем, следует учитывать, что с увеличением содержания олова антифрикционные свойства у бронзы улучшаются, а стоимость увеличивается.

Исходя из вышесказанного, рекомендуются следующие материалы:

- для изготовления винта домкрата применяется конструкционная среднеуглеродистая сталь Ст5 ГОСТ 380-88, не подверженная закалке и более дешевая;

- для изготовления гайки - безоловянистая бронза БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79). Она обладает хорошими антифрикционными свойствами и относительно небольшой стоимостью;

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

Допускаемое напряжение [у]_р на растяжение или сжатие стальных винтов определяется по формуле:

[у]_р = у_т/[n_т],

где у_т -предел текучести материала винта,

для стали Ст5 у_т=270 МПа(Н/мм²);

[n_т] - допускаемый коэффициент запаса прочности, обычно [n_т]=3.

Допускаемые напряжения для материала гайки: на смятие бронзы по чугуну или стали [у]_см = 42ч55 МПа; на растяжение: для бронзы [у]_р=34ч44МПа, для чугуна [у]_р=20ч24МПа.



3. Расчет элементов передачи винт-гайка

Основными деталями, от которых зависит работоспособность винтовых механизмов, являются 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 также самоторможение винтовой пары.

3.1 Выбор типа резьбы

При выполнении домашнего задания тип резьбы принимается в соответствии с номером варианта (см. приложение 1).

Профили трапецеидальной, упорной и прямоугольной резьбы приведены на рисунках 2,3,4, а геометрические параметры - в приложениях 2,3.

Прямоугольная резьба применяется в подвижных соединениях, так как имеет низкий коэффициент трения. Кроме домкратов она может быть использована для изготовления ручных прецизионных тисков, лабораторных регулировочных элементов, малонагруженных винтовых подъёмных устройств и т.д. Эта резьба не регламентируется стандартом, а её применение ограничено в силу трудности изготовления и меньшей прочности по сравнению с трапецеидальной и упорной резьбой. В виду того, что профиль этой резьбы не стандартизован, все необходимые для ее изготовления данные указывают на чертеже и определяют в соответствии с рисунком 4.



Рис. 2 Профиль трапецеидальной резьбы

Рис. 3 Профиль упорной резьбы



Рис. 4 Профиль прямоугольной резьбы

Опыт эксплуатации передач винт-гайка показывает, что основной причиной выхода их из строя является изнашивание резьбы. Следовательно, критерием проектировочного расчета является износостойкость.

3.2 Определение размеров резьбы по условию износостойкости

Так как основной причиной выхода из строя винтовых механизмов является износ резьбы гайки, то диаметр винта определим из условия износостойкости [1,2,3]. Расчет ведется исходя из предположения, что осевая нагрузка распределена по рабочим виткам резьбы равномерно. Условие износостойкости резьбы винта и гайки записывается следующим образом:

_u=/(р??)?[_u],

где - осевое усилие, действующее на винт;

- средний расчетный диаметр резьбы;

- число витков резьбы гайки;

_u, [_u] - расчетное и допускаемое среднее давление в резьбе (для пары сталь - бронза [_u]=8-13 МПа; для пары сталь - чугун, сталь - сталь [_u]=5-9 МПа; большие значения для закаленной стали);

- рабочая высота профиля резьбы.

По вышеприведенной формуле выполняется проверочный расчет резьбы на износостойкость. Для проектного расчета целесообразно ввести следующие понятия:

- _h - коэффициент относительной рабочей высоты профиля резьбы ??_h= h/p, p - шаг резьбы; для стандартной трапецеидальной резьбы ??_h = 0,5; для упорной ??_h = 0,75; для треугольной ??_h = 0,54; прямоугольная резьба не стандартизована, для неё ??_h=0,5;

- ??_H - коэффициент относительной высоты гайки ??_H=Н_г/d₂; Н_г-высота гайки; для цельных гаек ??_H=1,2 -2,5; для составных и разъёмных ??_H=2,5 -3,5 (большие значения для резьбы меньших диаметров); в данном случае гайка должна быть высотой не менее чем 2 средних диаметра, поэтому принимаем ??_H = 2.

После подстановки этих выражений в вышеприведённую формулу получим зависимость для проектного расчета резьбы на износостойкость:

.

Внутренний расчетный диаметр резьбы винта из условия прочности на сжатие с учетом кручения, мм

,

где =1,3- коэффициент, учитывающий влияние напряжений кручения в сечении винта;

- допускаемое напряжение на растяжение.

В соответствии с ГОСТ для заданного профиля резьбы (см. приложение 2,3) выбирают винт с наружным диаметром , мм при условии и . Параметры выбранного винта: , , , , , , р.

Резьба, параметры которой определены из расчета на износостойкость, обычно имеет избыточный запас прочности на срез, поэтому проверка резьбы винта и на эту деформацию обычно не производится.

d=D	P	D2=d2	D1=d1	d3
28	3	25.75	23.5	22.79

3.3 Проверка на самоторможение

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

Для обеспечения самоторможения механизма должно выполняться условие:

? 1.3*2=2,6.

где - приведенный угол трения ( =arctg0.168= p?=1є; приведённый коэффициент трения; = ', где - коэффициент трения скольжения, =0,17; для упорной б'=3?.

г - угол подъема винтовой линии;

k_с > 1,3 - коэффициент запаса самоторможения.

Угол подъема винтовой линии г зависит от геометрии резьбы:

tg г = 3/(3.14*25.75)=0.037=2є

где р - шаг резьбы;

- средний диаметр резьбы.

3.4 Определение размеров гайки

Высота гайки

= 2*25.75=51.5мм.

Число витков в гайке

, =10ч12.

Наружный диаметр гайки

Диаметр буртика гайки

Высота буртика гайки

Расчетные значения геометрических параметров гайки округляем до ближайших стандартных значений в соответствии с нормальным рядом линейных размеров ГОСТ 6636-69.

Момент трения в витках винта, Н?мм

.

Момент трения на опорной поверхности гайки, Н?мм

)/3(-)=38329.

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 в корпусе,

23520 H*мм

3.5 Проверка винта на устойчивость

Сжатые винты проверяют на устойчивость по условию устойчивости:

,

где - расчетный коэффициент запаса устойчивости;

- допускаемый коэффициент запаса устойчивости,

для грузовых и ходовых винтов принимают = 4ч5,

= /(3,14*)=27 - расчетное напряжение в поперечном сечении винта;

- критическое напряжение, возникающее в поперечном сечении винта.

В зависимости от метода определения при расчете на устойчивость винты делятся на три группы.

Рис. 5 Геометрические параметры винтового домкрата

Винты средней гибкости, для которых должно соблюдаться условие л₀ ? л ? л_пред, где л₀ - гибкость, при которой критическое напряжение в поперечном сечении винта равно пределу текучести у_т. Для этой группы винтов критическое напряжение определяют по формуле Ясинского:



= а -в л,

где а и в - эмпирические коэффициенты, имеющие размерность напряжения и зависящие от материала винта (табл.).

Марка стали	лпред	л0	а	в	ур
			МПа
Ст 5	92	57	343	1,39	270
Сталь 45	85	60	578	3,75	390
Сталь 50	82	50	404	1,23	520

Третья группа. Винты малой гибкости, для которых соблюдается условие л ? л₀. Для этой группы винтов принимают = , т.е. нет надобности в специальном расчете на устойчивость.

Гибкость винта определяется по формуле

л = м,

l - длина винта. Для винтов, у которых второй опорой служит гайка, l равно расстоянию между опорой и серединой гайки;

i = ( -

радиус инерции поперечного сечения винта; J - момент инерции поперечного сечения винта, который вычисляется по эмпирической формуле

J = ,



м - коэффициент приведения длины, учитывающий способ закрепления концов винта; м = 1 - оба конца опёрты шарнирно; м = 2 - один конец свободен, другой заделан; м = 0,7 - один конец заделан, другой закреплен шарнирно;

м = 0,5 - оба конца заделаны. Разъёмную гайку считают шарнирной опорой.

3.6 Расчет винта на прочность

Этот расчет выполняется как проверочный. Так как тело винта одновременно подвергается сжатию и кручению, то, согласно энергетической теории, условие прочности винта записывается так:

= .

где = /(3,14*)=27,7.

ф_к = 50092,3/(0,2)=19,3

- осевая сила;

- внутренний диаметр резьбы;

- результирующий момент сил, действующих на винт, определится по формуле ;

- момент трения в резьбе,

= ? = 26572,3 - момент трения на торце кольцевой пяты; при стальном подпятнике принимаем =0,17.



3.7 Определение конструктивных размеров винта и опорной чашки

Головка винта в сборе изображена на рис. 6 (см. также рис. 5).

Рис. 6 Конструкция верхней части домкрата с рукояткой

Наружный диаметр головки винта принимается конструктивно.

Наружный диаметр опорной поверхности чашки определяется с учетом размера фаски , где - размер фаски.

Внутренний диаметр опорной поверхности чашки рассчитывается из условия износостойкости , мм

.

Другие размеры чашки, мм ( рис.6).



4. Размеры корпуса

Высота корпуса, мм (см. рис.3)

.

Внутренний диаметр корпуса у основания, мм;

где

Наружный диаметр корпуса у основания из расчета на удельные давления, мм

=,

где = 4МПа (для дерева).

Толщина стенки корпуса, отлитого из чугуна, принимается д=8мм.



5. Привод передачи

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.

Для привода винтового механизма домкрата рекомендуется выбрать 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.

Длина рукоятки винтового домкрата определится из следующего выражения:

= =125,

где - усилие, развиваемое человеком на рукоятке; .

Диаметр рукоятки (при Ст3), мм

Конструктивная длина рукоятки принимается с учетом ширины ладони человека и диаметра головки винта, после чего округляется до ближайшего большего стандартного значения:

.



6. Расчет параметров передачи

Коэффициент полезного действия винтового механизма, учитывающий суммарные потери в винтовой паре и на пяте:

з= 0,53*0,6=0,318,

где з_р- КПД резьбовой пары определяется по формуле з_р= ; следует отметить, что с уменьшением угла подъема резьбы ц КПД резьбовой пары уменьшается, и наоборот;

з_оп- коэффициент, учитывающий потери на пяте; для домкратов з_п=0,6.

Передаточное число

/3=810.



7. Требования, предъявляемые при работе с домкратом

При работе с винтовыми и другими домкратами следует выполнять следующие условия:

- устанавливать домкрат центрально под грузом, так как винт его рассчитан только на сжатие и при неправильной установке может легко согнуться;

- не увеличивать длину рукоятки домкрата с тем, чтобы не развивать силу, большую, чем может выдержать поперечное сечение винта;

- не работать под грузом, удерживаемым только домкратом - необходимы дополнительные страховочные подставки.

Размещено на Allbest.ru

...