Детали машин и основы конструирования

• Название: Детали машин и основы конструирования
• Дата: 02.05.2022
• Размер: 230.99 Kb.
• Имя файла: Domkrat_rasporny_1.docx
• Тип: Литература; #508528

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО»

Институт машиностроения, материалов и транспорта

Высшая школа машиностроения

Винтовой механизм

Пояснительная записка

ДМ 506.00.00 ПЗ


Расчётно-графическая работа №1
по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

Выполнил

студент гр. Зарубин К. В.
3331506/80002 (подпись)
Работу принял Егоров И. М.
(подпись)


Санкт-Петербург

2020 г.

Содержание

Введение 3

1.Проектный расчет винтовой пары 4

1.Проектный расчет винта 6

1.Расчет винта на прочность 6

2.Расчет винта на устойчивость 8

2.Расчёт гайки 9

1.Расчет корпуса гайки 9

1.Проектный расчёт диаметра тела гайки на растяжение 9

2.Проектный расчёт диаметра бурта гайки на смятие 9

3.Расчёт высоты бурта гайки на прочность 10

2.Проверочный расчёт резьбы на срез. 10

3.Расчёт размеров рукояти 10

Сводная таблица данных 11

Литература 12

Приложение 1 13

Введение

Работа выполнена на основании технического задания ДМ 506.00 ТЗ «Проектирование винтового механизма». Разработан домкрат распорный с рабочим ходом 200 мм и нагрузкой 35 кН. Распорный домкрат предназначен для относительного перемещения груза и распора двух поверхностей.

Для винтовой пары была выбрана трапецеидальная резьба. В качестве материалов были выбраны: винт - Сталь 45, гайка - БрА9Ж3Л, для обеспечения прочности, износостойкости и уменьшения трения.

Был проведен проектировочный и проверочный расчёт передачи винт–гайка и рукоятки. В соответствии с техническим заданием определены необходимые размеры передачи, удовлетворяющие критериям её работоспособности. Составлена пояснительная записка, выпущен чертёж общего вида.

1. 
   Проектный расчет винтовой пары
   

Основной причиной выхода из строя передачи винт-гайка является изнашивание резьбы. Критерием проектировочного расчёта является износостойкость. Условие работоспособности по критерию износостойкости может быть записано в виде

,

где р – среднее давление на поверхности резьбы, Н / мм²;

[р] – допускаемое давление для данного сочетания трущихся материалов, Н /мм²;

Согласно техническому заданию, винт изготовлен из улучшенной Стали 45, а гайка из бронзы безоловянной литейной БрА9Ж3Л, поэтому [p] =7 Н/мм² [1, таб. 1, с. 2].

Среднее давление на контактирующих поверхностях может быть определено по формуле



где F_n – нормальная сила, Н;

– осевая сила винта, Н;

– площадь контактирующих поверхностей, мм²;

А – площадь проекции рабочей поверхности одного витка на плоскость, перпендикулярную оси винта, мм²;

z – число витков резьбы гайки.

• 
  Введём коэффициенты
  

где - отношение рабочей высоты профиля к шагу резьбы

( = 0.5 для трапецеидальной резьбы);

- коэффициент высоты гайки

( обычно в пределах от 1.6 до 2.5; примем = 2).

• 
  Площадь проекции рабочей поверхности одного витка на плоскость
  

• 
  Средний диаметр резьбы
  

d₂ = 39,9 мм.

d– номинальный (внешний) диаметр резьбы винта;

d₂ – средний диаметр резьбы;

d₃ – внутренний диаметр резьбы винта;

Р – шаг резьбы;

– высота гайки.

Рисунок 1 - Резьба метрическая
_{По таблице диаметров резьб выбран d2 = 40 мм. На основании этого выбрана резьбу Tr44х8 ГОСТ 9484–73, для которой
d2 = 40 мм, d3 = 35 мм и шаг р = 8.}

• 
  _{Высота гайки}
  

,

• 
  Число витков
  

Из условий выражения (8) суждение о равномерном распределении давления по виткам после приработки справедливо.

По ГОСТ 9484–73 находим параметры резьбы винта, обеспечивающие износостойкость данной винтовой пары:

Таблица 1 – Промежуточные результаты

Наружный диаметр d, мм	Средний диаметр резьбы d2, мм	Внутренний диаметр резьбы d3, мм	Шаг резьбы р, мм	Высота гайки HГ, мм	Число витков резьбы z
44	40	35	8	80	10

1. П
   роектный расчет винта

   1. Расчет винта на прочность

Принятые размеры винта должны обеспечивать его прочность и устойчивость (если винт сжат). При ручном приводе, когда число циклов перемен напряжений за весь срок службы невелико, можно ограничиться расчетом винта на статическую прочность.

Стержень винта нагружен осевой силой и крутящим моментом, эпюры распределения, которых представлены на рисунке 3.

Рисунок 2 – Эпюры

Для распорного домкрата примем: .





где - угол трения в резьбе.



где – угол подъема в резьбе,
– шаг резьбы.

Найдём крутящий момент:


Предел текучести материала винта (сталь 45):
[2, таб. 6, с. 11]. Площадь сечения:





где – момент сопротивления для круглого сечения.

Нормальное напряжение:



Касательное напряжение:





Условие прочности винта:



Так как выполняется условие , можно говорить о прочности конструкции распорного домкрата с данными параметрами резьбы.

2. Расчет винта на устойчивость

Принятые размеры винта должны обеспечивать его устойчивость (если винт сжат). Проверка винта на устойчивость производится по неравенству



Площадь сечения винта по внутреннему диаметру :



Нормальное напряжение в данном сечении:



Приведённый момент инерции сечения винта и радиус инерции:





Рабочая длина винта:



– коэффициент приведённой длины распорного домкрата. Вычислим гибкость винта:





















Численные значения критических гибкостей и для Стали 45 равны 85 и 54 [3, таб. 6, с. 11]. Вычисленное значение λ принадлежит интервалу , следовательно, расчет на устойчивость не проводится. Выбранный винт удовлетворяет условию устойчивости.




Рисунок 3 – График зависимости

2. Расчёт гайки

   1. Расчет корпуса гайки

Рисунок 4 – Эпюра N гайки

1. 
   Проектный расчёт диаметра тела гайки на растяжение
   

Выберем диаметр гайки, исходя из условия



Вычислим площадь сечения гайки по формуле



Предел прочности на растяжение:



Условие прочности на растяжение:



Так как условие прочности на растяжение выполняется, гайка выдержит данное напряжение и размер выбран верно.

2. 
   Проектный расчёт диаметра бурта гайки на смятие
   

Условие прочности на смятие по опорной кольцевой поверхности:





Площадь поверхности смятия с учётом фаски :





Исходя из необходимости подбора линейных размеров для гайки, примем

С таким размером бурт пройдёт проверку на прочность.

3. 
   Расчёт высоты бурта гайки на прочность
   

Высота бурта гайки:



Предел прочности материала гайки при отливке в металлическую форму: 500 МПа [4, таб. 7, с. 12]. Рассчитаем предел кратковременной прочности:



Допускаемые напряжения:



Площадь среза бурта гайки:



Касательные напряжения, возникающие в срезе бурта гайки:



Условие прочности гайки на срез выполняются.

2. 
   Проверочный расчёт резьбы на срез.
   

С учётом приработки принимают равномерное распределение нагрузки между витками. Коэффициент толщины витка для трапецеидальной резьбы .

Толщина витка резьбы у основания:



Площадь витков:



где z = 10 – число зубьев.


Так как , то расчёты на срез витка удовлетворяют условию прочности.

3. 
   Расчёт размеров рукояти
   

Расчётная длина рукояти определяется в зависимости от силы, с которой рабочий должен действовать, чтобы преодолеть суммарный момент сил сопротивления движению винта.



Усилие при долговременном режиме работы принято 140 Н.

Длина рукояти:



Увеличим рукоятку домкрата на 190 мм для удобного захвата:
.

При расчёте на прочность рукоятку можно представить как балку на двух опорах.



Рисунок 5 – Рукоять

Допускаемое напряжение из условия прочности на изгиб:



Диаметр сечения рукояти:





Момент сопротивления круглого сечения рукояти:





Сводная таблица данных

Таблица 2 – Итоговые результаты

Номинальный диаметр резьбы, мм	44
Средний диаметр резьбы, мм	40
Внутренний диаметр резьбы, мм	35
Шаг резьбы, мм	8
Высота гайки, мм	80
Число витков резьбы	10
Высота бурта гайки, мм	20
Расчетная длина винта, мм	190
Диаметр гайки, мм	60
Диаметр бурта, мм	67
Длина рукоятки, мм	1800
Диаметр рукоятки, мм	24

Чертёж общего вида распорного домкрата с полученными параметрами винтовой пары представлен в приложении.

Литература

1. 
   В.Н.Комков, В.И.Корнилов. Проектирование передачи винт-гайка
   

СПб., СПбГПУ, 2003.

2. 
   В.Н.Комков. Основные расчеты на прочность. Детали машин. Учебное
   

пособие. Л., 1988.

Приложение 1