ЗАНЯТИЕ 6. Проектирование распорного домкрата
 Скачать 1.33 Mb.
|
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 2 "ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАСПОРНОГО ДОМКРАТА" ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ДМ и ОК 02-22.00.00. ПЗ Студент В.И. Сухомлинова Группа 33234/1 Преподаватель Е.В. Заборский Санкт-Петербург 2018  СОДЕРЖАНИЕ
Литература 1. Основные сведения о конструкции механизма, принцип его работы  Рис.1 Конструктивная схема распорного домкрата 2.Расчеты винта 2.1 Проектный расчет винта (по износостойкости) Задача расчета: определение стандартных параметров заданной резьбы: диаметров и шага. Критерий работоспособности (или условиерасчета): износостойкость винтовой пары (иногда называемое условием не выдавливания смазки)  (1)где  – удельное давление в витках резьбы, МПа; – допускаемое удельное давление в витках резьбы, МПа [ табл. 1]Табл.1 Допускаемые напряжения в винтовой паре
 Рис.2 Схема нагружения винтовой пары где d – наружный (номинальный) диаметр винта; d2 – средний диаметр резьбы; d3 – внутренний диаметр винта по дну впадины; Н1 – рабочая высота профиля витка; s – шаг резьбы; - угол профиля резьбы; b – ширина профиля резьбы у основания; DГ – наружный (посадочный) диаметр закладной гайки; НГ – высота гайки; Dб – диаметр бурта гайки; Нб – толщина диаметра бурта; При сделанных допущениях, идущих в запас (т.е. повышающих работоспособность конструкции): 1. Пренебрегаем углом профиля резьбы (полагая, что 0, т.е. имеем прямоугольную резьбу). 2. Полагаем, что нагрузка на сопряженные витки резьбы распределяется равномерно. Тогда удельное давление можно определить в общем виде из следующего выражения:  =  =  (2)где Fn – нормальная сила, действующая в витках резьбы, Н Аn – площадь соприкосновения витков резьбы винта и гайки, мм2 F - осевая нагрузка на винтовую пару (или механизм), Н А - площадь проекции одного витка резьбы на плоскость, перпендикулярную к оси винта, мм2 (рис.1); А = d2H1 В этом случае выражение (2) можно записать в виде:  (2а)Введем вспомогательные коэффициенты 1 и 2 где 1 =  - коэффициент рабочей высоты профиля резьбы, откуда  для упорной резьбы: 1 = 0,75 для трапецеидальной резьбы 1= 0,50 для метрической резьбы: 1= 0,54 s – шаг резьбы, мм 2 =  - коэффициент высоты гайки (2 = 1.6…2.5)где Нг – высота гайки, откуда  или  Выражение (1) с учетом сделанных преобразований и формулы (2а) можно записать в виде:  (3)А расчетное значение среднего диаметра резьбы (d2*) определяется из выражения:  , мм (4)В соответствие с найденным расчетным значением d2*, по ГОСТ 9484-81 (трапецеидальная резьба), ГОСТ 101770-82 (упорная резьба) и ГОСТ 8724-81 (метрическая резьба) выбираются стандартные параметры заданной резьбы: d2, d, d3, s (Приложение, табл.1а, б, - ближайшие большие значения). Значком "*" отмечены расчетные значения параметров (значения, полученные в результате вычислений) 2.2 Проверочный расчет винта на статическую прочность Задача расчета: оценка работоспособности винта по критерию статической прочности Условие прочности:  где  расчетный (действительный) коэффициент запаса (статической прочности); - допускаемый (нормативный) коэффициент запаса;Для стального винта = 2,5…5,0;(Большее значение =5,0 - выбирается для грузоподъемных домкратов, для распорных - =3,0- 4,0) где  - опасное (предельное) напряжение, МПа - действующее (максимальное, расчетное) напряжение, МПаВ качестве опасного (предельного) напряжения для стального винта при статическом нагружении принимается  - предел текучести [Табл.5].При работе винтового механизма стержень винта нагружен осевой сжимающей силой и крутящим моментом, в результате чего в его сечениях возникают нормальные напряжения сжатия  и касательные напряжения кручения  , т.е. рабочий участок винта находится в сложном напряженном состоянии. (Эпюры продольной силы и крутящего момента представлены на рис.3). В этом случае расчет ведется по эквивалентным напряжениям, определяемым по одной из теорий прочности (например, для пластичных материалов хорошо согласуется IV теория прочности – теория энергии формоизменения). Рис.3 Расчетная схема и эпюры силовых факторов: а) – для винта грузоподъемного домкрата  б) – для винта распорного домкрата (вставлять рисунок расчетной схемы только для проектируемого домкрата)  - максимальные (эквивалентные) напряжения, возникающие в винте,где  ;  В качестве опасного сечения рассматривается сечение, обладающее наименьшими размерами, в котором внутренние силовые факторы (N и T) имеют максимальные значения, устанавливаемые по соответствующим эпюрам (см. рис. 3 а, б,) Например, - для грузоподъемного и распорных домкратов: Топ = Тр.; dоп = d3 Определение момента трения в резьбе: Тр = 0,5Fd2tg(+*) где = arctg(  ) – угол подъема винтовой линии, град* = arctg(  ) - приведенный угол трения, град1 =  - рабочий угол профиля резьбы (кроме упорной); - угол профиля резьбы =300; 1 = 150 – для трапецеидальной резьбы; =300; 1 = 30 – для упорной резьбы; f – коэффициенты трения скольжения [табл.2] Таблица 2 Коэффициенты трения
Определение момента трения в опорной пяте: (распорный домкрат пяты НЕ ИМЕЕТ!) Конструктивные варианты опорных чашек грузоподъемных домкратов приведены на рис. 8 ПРИЛОЖЕНИЯ Кольцевая пята (рис. 4,а) Момент трения Тп =  (*)D1 - больший диаметр кольцевой пяты, мм; D2 - малый диаметр кольцевой пяты, мм;  Рис.4 а) – кольцевая пята грузоподъемного домкрата Сплошная (плоская) пята (рис. 4,б)  Момент трения Тп =  , dоп = D2, назначается конструктивно Рис.4 б) – сплошная (плоская) пята грузоподъемного домкрата (вставлять рисунок только "своей" пяты) Опорная пята на упорном ПК (рис. 4,в)  Момент трения Тп =  где d – посадочный диаметр ПК, определяется конструктивно; (Выбирать упорный ПК – в библиотеке КОМПАС) Условие выбора ПК: Сo ≥ F [1, с. 404-405] Рис.4 в) – пята грузоподъемного домкрата на упорном подшипнике качения Проверка домкрата на самоторможение (что особенно важно для грузоподъемных домкратов) Условие самоторможения: ρ* > ψ или arctg( ) > arctg()2.3 Проверочный расчет винта на устойчивость Условие устойчивости: sу ≥ [sу] где [sу] – нормативный коэффициент запаса устойчивости; [sу] = 3…5 – большие значения - при возможном внецентренном приложении нагрузки (характерно для домкратов); sу =  - расчетный коэффициент запаса устойчивости  Рис. 5 Расчетная схема при расчете винта на устойчивость σкр и Fкр соответственно определяются в зависимости от расчетного значения податливости λ.: λ =  где lp = lпв + 0,5НГ, мм; lпв – осевое перемещение винта, мм; НГ – высота гайки (НГ = γ2·d2 = z·s, мм; z - число витков резьбы (не более 10–и). μ – коэффициент приведения длины стержня (учитывает условие заделки) [табл. 4]; J – момент инерции сечения винта, мм4; Ав – площадь поперечного сечения винта по диаметру d3; J =  ;  Ав =  ;Расчетное значение гибкости λ сравнивается с критическими значениями λ1 и λ2 [табл. 3]: Если λ ≥ λ1, то σкр определяется по формуле Эйлера: σкр =  ;Если λ > λ2, то σкр определяется по формуле Тетмайера-Ясинского: σкр = (а - b·λ) (значение коэффициентов а и b – по [табл. 3]; Если λ≤ λ2, то σкр = σТ, т.е. работоспособность винта определяется критерием прочности, поэтому проверочный расчет на устойчивость не проводится (рис.5).Fкр= σкр·Ав Коэффициенты а и b в формуле Тетмайера-Ясинского и критические гибкости λ1 и λ2 сжатого стержня (табл. 3) Табл.3
 Рис. 5 Зависимость критического напряжения от гибкости винта (отметить на рис.5, в какой зоне гибкости находится винт) Таблица 4 Коэффициент приведения длины стержня
Вывод по результатам расчета: Если имеются изменения – обосновать их, и сделать пересчет 3. Расчет гайки см. (рис.2) 3.1 Определение посадочного диаметра гайки DГ (проектный расчет) Критерий работоспособности – статическая прочность гайки при растяжении. Опасное сечение - 1 – 1 (рис. 2); Условие расчета: σр ≤ [σр], где [σр] =  - [s] = 2…3 – для бронзы;[σр] =  - [s] = 4…5 – для чугуна;σТ и σв – пределы прочности текучести и прочности для бронзы и чугуна, соответственно [приложение, табл.3]; σр =  ; где АГ =  - площадь опасного сечения гайки (при растяжении); (d + 1) – учитывает зазор в винтовой паре;Определим расчетное значение посадочного диаметра гайки DГ*, решая исходное неравенство: DГ* =  ; далее, расчетное значение округляем до стандартного, из ряда предпочтительных чисел [приложение, табл.2];3.2 Определение диаметра бурта гайки DБ (проектный расчет) Критерий работоспособности – статическая прочность гайки на смятие Опасное сечение - 2 – 2 (рис.2); Условие расчета: σсм ≤ [σсм], где σсм = (0,6…0,8) σТ – для бронзы; σсм = 0,4 σв – для чугуна; σсм =  ; где Асм =  - площадь смятия с учетом заходной фаски корпуса С ≈ (2…2,5)х450;Определим расчетное значение бурта гайки DБ*, решая исходное неравенство: DБ* =  ; далее, расчетное значение округляем до целого; 3.3 Проверочный расчет бурта гайки на срез Конструктивно назначаем толщину бурта гайки, принимая ее равной: НБ = (0,20…0,30)НГ Опасное сечение: 3 – 3 (рис. 2); Условие статической прочности при срезе: τср ≤ [τср]; где [τср] =   ; [s] = 2…3 - для бронзы;[τср] =   ; [s] = 4…5 - чугуна; ;Вывод по результатам расчета: 3.4 Проверочный расчет витка резьбы гайки на срез Опасное сечение: 4 – 4 (рис.2); Схема нагружения витка – рис.6 ; Условие статической прочности при срезе: τср ≤ [τср] (определение [τср] – см. выше); τср =  ; где b – ширина (толщина) витка у основания;b = 0,65·s – для трапецеидальный резьбы; b = 0,75·s - для упорной резьбы;  Рис. 6 Схема нагружения витка резьбы при расчете на срез Вывод по результатам расчета: 4. Расчет рукояти (рис.7) 4.1 Определение расчетной длины рукояти (проектный расчет) Расчетная длина рукояти определяется из условия: Т = Тр + Тп = Fp∙Lp∙m → Lp =  , Нм;Fp = 120…200 Н – при длительном режиме работы; Fp = 250…300 Н - при кратковременном режиме работы; m = 1 - 2; (Желательно, чтобы Lpбыла не более 1200 мм, в этом случае принимаем m = 2) (Внимание! для распорного домкрата: Т = 2Тр); Общая длина рукоятки: Lo ≈ Lp + (100…150) (округлять до целых значений)  Рис. 7а Схема нагружения рукояти (грузоподъемный домкрат) 
Критерий работоспособности: статическая прочность при изгибе Условие прочности: σи ≤ [σи]; где [σи] =  ; [s] = 1,5…1,8; материал рукоятки - Сталь Ст3: σт = 240 МПа; σи =  ; lи = Lp -  ; Dог ≈ (1,5…!,8)d – диаметр оголовка винта;Определим расчетный диаметр рукоятки из условия прочности: dp* =  Полученное значение округляем до стандартного, из ряда предпочтительных чисел 5. Оценка КПД винтового механизма КПД винтового механизма определяем из выражения: η =  ;Табл. 5 Таблица расчетных значений параметров (для конструирования домкрата)
ЛИТЕРАТУРА Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие /Под ред. Чернавского С. А. и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с. ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1а
Таблица 1б
Линейные размеры, входящие в ряды предпочтительных (стандартных) чисел по гост 8032-84 Таблица 2
Числа со звездочкой – предпочтительнее чисел без звездочек Числа под косой чертой – для посадочных мест подшипников качения Механические характеристики материалов Таблица 3
 Рис. 8 Конструктивные варианты опорных чашек грузоподъемного домкрата: а) – кольцевая пята; б) – сплошная (плоская или сферическая) пята; в) на упорном подшипнике качения; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
