Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Выбор материалов для всех элементов механизма
• 2. Расчет элементов передачи винт-гайка
• 2.1 Выбор типа резьбы
• 2.2 Определение размеров резьбы по условию износостойкости
• 2.3 Проверка на самоторможение
• 2.4 Выбор конструкции пяты
• 2.5 Проверка винта на устойчивость
• 2.6 Расчет прочности винта
• 2.7 Определение размеров гайки
• 2.8 Проектирование привода винтового механизма
• 2.9 Расчет параметров передачи
• 3. Расчет конструктивных размеров корпуса
• Заключение
• Список литературы


Введение

В данной расчетно-графической работе проектируется пресс с односторонней станиной, максимальное усилие, на винте которого, составляет 5 кН; осевое перемещение винта - 110 мм.

Пресс с односторонней станиной будет использоваться ремонтных работах для прессования деталей, материала и т.п.

Основные элементы пресса представлены на рисунке 1: станина 1, винт 2, гайка 3, нажимная плита 4, маховик 5.

Рисунок №1

Станина имеет форму кривого бруса. В сечении брус имеет форму близкую к двутавру, это делается в целях уменьшения площади сечения станины и, следовательно, массы. В станину с натягом устанавливается гайка, в случае необходимости гайку можно дополнительно зафиксировать стопорным винтом.

В гайку ввертывается винт. В верхней части винта крепится при помощи шпонки или профильного соединения маховик, в нижней части винта крепится нажимная плита.

Винт приводится в движение при помощи маховика, вращаясь в неподвижной гайке, он перемещается поступательно, нажимная плита опускается и оказывает давление на материал или детали.



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 пресса - сталь 40 ХГ(ГОСТ 4543-71);

· 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 пресса 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 уменьшения потерь на трении, винтовых механизмов применяем трапецеидальную резьбу со средними шагами.

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:

Откуда

d₂

где Q = 5000 (Н) - осевое усилие, действующее на винт;

Ш_h - коэффициент высоты профиля резьбы, для упорной резьбы Ш_h = 0,5;

Ш_H - коэффициент высоты гайки, Ш_H = 1,5;

d₂ - средний диаметр резьбы;

[q] - предельно допустимое давление в витках резьбы, выбираем [q] = 10 МПа, т.к. условия работы являются плохими.

По рассчитанному среднему диаметру из ГОСТ 10177-82 подбираем несколько типоразмеров трапецеидальную резьбы с разными шагам, данные записаны в таблице 1.

Таблица 1.

№	Шаг резьбы Р, мм	Наружный диаметр d,мм	Средний диаметр d2,мм	Внутренний диаметр d1,мм	Число винтов гайки, z	Приведенный угол трения, с'	Угол подъема винтовой линии, ц	Коэффициент запаса самоторможения, Кс
1	2	16	15	14	12	5.3	2.43	2.19
2	3	22	20.5	19	10	5.3	2.67	1.99
3	4	18	16	14	6	5.3	4.55	1.16
4	5	22	19.5	17	6	5.3	4.67	1.13
5	8	22	18	14	2	5.3	8.06	0.66

2.3 Проверка на самоторможение

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

Для обеспечения самоторможения механизма должно выполняться условие:

1…1,3



где с' - приведенный угол трения;

ц - угол подъема винтовой линии;

К_с > 1,3 - коэффициент запаса самоторможения.

Угол подъема винтовой линии ц зависит от геометрии резьбы:

,

где Р - шаг резьбы;

n - Число заходов 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 = 15° - угол наклона рабочей грани витка к торцевой плоскости винта (для трапецеидальной резьбы).

Результаты расчета коэффициента запаса самоторможения заносим в таблицы с подобранными резьбами. Варианты резьбы 3,4,5 из рассмотрения исключаем, т.к. они не обеспечивают самоторможения винтовой пары.

Для того чтобы убедиться в правильности выбора резьбы, необходимо проверить число винтов гайки, z.

Самой оптимальной является резьба 2, её и выбираем для дальнейшего проектирования.

2.4 Выбор конструкции пяты

Под пятой подразумеваем опорную поверхность, к которой прикладывается осевое усилие Q со стороны нажимной плиты пресса. При вращении винта нажимная плита пресса 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 сферическую пяту, рекомендуемую для прессов.

Рисунок №2

[у_н] - допускаемое контактное напряжение.

Где у_нlimb - предел контактной выносливости;

K_нL - коэффициент долговечности.

K_нL=2,4

[S_н] - коэффициент запаса контактной прочности.

[S_н]=1,2

у_нlimb в случае поверхностной закалки:

у_нlimb=17H_HRC+200(МПа)=1747,5+200=1007,5(МПа)

где H_HRC - задаётся интервалом: 45…50(МПа)

Где E_пр - приведённый модуль продольной упругости.

E_пр=2,110⁵(МПа)

Диаметр будет равен

=

Момент трения на сферической пяте будет равен:

где f₂ = 0,1 - коэффициент трения стальной чашки о стальной винт.

2.5 Проверка винта на устойчивость

При расчете на устойчивость будем рассматривать винт как гладкий стержень, нагруженный сжимающей силой Q, диаметром равным внутреннему диаметру резьбы d₁₌ 19 мм.

Гибкость винта определяется по формуле:

=

где - коэффициент приведения длины, зависящий от способа закрепления концов винта; в нашем случае = 1;

l - длина участка винта, работающего на сжатие;

i_x - радиус инерции поперечного сечения винта;

i_x = 0,25d₁ = 0,25 • 19 ? 4,75.

=33.6 < 50, винт жесткий и проверка на устойчивость не требуется.



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:

==363.3

=

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 40ХГ принимаем: = 155 МПа.

Определяем нормальные напряжения по участкам винта:

Определяем касательные напряжения по участкам винта:

Определим эквивалентные напряжения:

Все значения эквивалентны напряжения меньше допускаемого [

пресс станина самоторможение винт

2.7 Определение размеров 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.

Рисунок №3

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

Высота гайки равна (см. расчет на износостойкость):

.

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

Размер фаски должен быть не меньше высоты профиля резьбы: .

Высота профиля резьбы определяется:

=

Принимаем С1 = 1.6.

Толщина стенки гайки определяется из условия прочности на разрыв усилием Q и одновременное скручивание моментом

Отсюда, наружный диаметр

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.

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;

Буртик проверяется из условия его прочности на изгиб:

=2.6мм, принимаем 4 мм.

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

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. 8512.5>7125.

Выбираем самый простой способ фиксации гайки - посадка с натягом.

2.8 Проектирование привода винтового механизма

В качестве привода винтового механизма используются рукоятку типовой конструкции.

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

Где

M = -



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

Fр - усилие, создаваемое одним рабочим; принимаем Fр = 200.

Расчетная длина рукоятки

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

=, принимаем 10 мм.

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

Размеры головки винта:

2.9 Расчет параметров передачи

КПД винтового механизма, учитывающий суммарные потери в винтовой паре и на пяте:

Передаточное число передачи «винт-гайка»:

=

Выигрыш в силе:



3. Расчет конструктивных размеров корпуса

Корпус пресса при работе механизма испытывает одновременное действие сжатия силы Q и скручивание моментом M. Из условия прочности на изгиб найдем толщину стенки.

В поперечном сечение площадь

Статический момент равен:

=



Заключение

В данной расчетно-графической работе спроектирован пресс с односторонней станиной, максимальное усилие, на винте которого составляет 5 кН; осевое перемещение винта - 110 мм, полностью отвечающий по параметрам заданию на проектирование.



Список литературы

1. Бабкин А.И., 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. Иосилевич Г. Б. Детали машин - М.: «Машиностроение», 1988 - 368 с.

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

6. Кривенко И.С., Артемьев Н.С. Проектирование винтовых механизмов - Л.: изд. ЛКИ, 1986 - 53 с.

7. Решетов Д.Н. Детали машин - М.: «Машиностроение», 1989 - 496 с.

Размещено на Allbest.ru

...