Вариант 19. Детали машин и основы конструирования

• Название: Детали машин и основы конструирования
• Дата: 31.03.2022
• Размер: 2.6 Mb.
• Имя файла: Вариант 19.docx
• Тип: Литература; #430140

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

Институт машиностроения, материалов и транспорта

Высшая школа машиностроения

Домкрат

Пояснительная записка

ДМ 119.00.00 ПЗ


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

Выполнил

студент гр. .
(подпись)
Работу принял Егоров И. М.
(подпись)
Санкт-Петербург

2022 г.

Содержание

Техничское заданиЕ ДМ 119.00.00 ТЗ 3

Введение 3

1.Проектный расчёт винтовой пары 4

2.Проверочный расчёт винта 7

2.1Расчёт винта на прочность 7

2.2Расчёт винта на устойчивость. 10

3.Расчёт КОРПУСА гайки 13

3.1Проектный расчёт корпуса гайки на растяжение 13

3.1.2 Проектный расчёт диаметра бурта гайки на смятие 14

3.1.3 Проверочный расчёт высоты бурта гайки на срез 14

3.2 Проверочный расчёт резьбы на срез 15

4.РАсчЁт рукоятки 15

Литература 17

Приложение 18

Техничское заданиЕ ДМ 119.00.00 ТЗ

Создать работоспособную конструкцию винтового домкрата с ручным приводом в соответствии с техническим заданием:

Разработать комплект конструкторской документации, состоящий из сборочного чертежа, спецификации и пояснительной записки.

1. 
   Грузоподъёмность ­­­– F = 14 кН;
   
2. 
   Рабочий ход ­– 150 мм;
   
3. 
   Материал винта – Ст4;
   
4. 
   Материал гайки – Сч25;
   
5. 
   Тип резьбы – упорная;
   
6. 
   Пята – кольцевая
   
7. 
   Режим работы – длительный.
   

Введение

В соответствии с техническим заданием ДМ 119.00.00 ТЗ разработан винтовой домкрат с рабочим ходом 150 мм и грузоподъёмностью 14 кН.

Для обеспечения необходимых характеристик были выбраны следующие материалы: винт – улучшенная Ст4, так как стали обладают высокой износостойкостью, жесткостью и прочностью, гайка ­­– Сч25, так как серый чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами. Таким образом винт и гайка образуют прочную антифрикционную передачу. Для обеспечения требуемых условий эксплуатации выбрана упорная резьба ГОСТ 10177-82.

Проведён проектный расчёт винтовой пары, проверочный расчёт винта, гайки и рукоятки. Составлена пояснительная записка, выпущен эскиз винта, гайки и рукояти.

1. Проектный расчёт винтовой пары

Согласно техническому заданию, материал гайки – чугун СЧ25, материал винта – Ст4. Таким образом, винт-гайка образуют следующую пару: сталь – чугун.

Практикой установлено, что основной причиной выхода из строя передачи является изнашивание резьбы гайки. Поскольку интенсивность изнашивания зависит от давления Р, то его величина не должна превышать допускаемого значения, т.е.

,

где F_n. - нормальное усилие в резьбе, Н; A_n - площадь со прикасания резьбы винта и гайки, м².

Если пренебречь углом подъёма резьбы и условно принять, что нагрузка распределена равномерно по виткам, то можно считать, что

,

где F – осевая сила винта, Н; A – площадь проекции рабочей поверхности одного витка на плоскость, перпендикулярную оси винта, м²; z – число витков резьбы гайки.



Рис.1. Профиль упорной резьбы.

При этом допущении условие износостойкости резьбы можно записать в таком виде:

,

откуда получаем средний диаметр резьбы:

,

где ₁ – отношение рабочей высоты профиля H₁ к шагу резьбы p; ₂ – коэффициент высоты гайки, причём ₂=H_Г/d₂ (обычно принимается в пределах от 1,6 до 2,5); [P] – допускаемое давление в резьбе, МПа.

Для выбранной пары, сталь – чугун, [P]=7…9 МПа, выберем значение [P]=8 МПа.

Согласно техническому заданию нагрузка на винт F=14 кН, резьба упорная, т.е ₁=0,75, примем ₂=2. Тогда, зная эти данные, можем определить d_2:



На основе расчёта выбрана упорная резьба: S 26х5 ГОСТ 10177-82, для которой: наружный диаметр d=26 мм; средний диаметр резьбы d₂=22,25 мм; внутренний диаметр резьбы d₃=17,32 мм.

Ходовая гайка винтового механизма по конструкции представляет из себя цилиндрическую втулку с буртиком, который передает осевую нагрузку от винта на корпус. 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 (рис. 4.), т.к. часть резьбы, приходящуюся на фаску, при работе резьбы не учитывается.

Окончательная ширина фаски   назначается из ряда: 0,6, 1, 1,6, 2, 2,5, 3, 4 мм.

Принимаем .

Тогда высота гайки :





Рис.2. Расчётная схема гайки

Для того чтобы убедиться в правильности выбора резьбы, необходимо проверить число витков гайки z:



Количество витков гайки z должно быть 6…12, оптимальное количество – 8…10. Если число витков z не попадает в указанный диапазон, то следует изменить коэффициент высоты гайки   и снова провести расчет на износостойкость.

2. Проверочный расчёт винта

   1. Расчёт винта на прочность

Стержень винта нагружен осевой силой и крутящим моментом, эпюры распределения, которых представлены на рис.2. Там же показано положение опасного сечения винта.


Рис.3. Эпюры распределения осевой силы и крутящего момента.

Р
асчёт проводится из условия прочности винта, которое имеет вид:

г
де s – запас прочности; [s] – минимально допустимый запас прочности; _Т - предел текучести, МПа;  - нормальное напряжение, МПа;  - касательное напряжение, МПа.

Нормальное и касательное напряжения определяются с учётом диаметра d₀ винта в опасном сечении, который для струбцины принимается d₀=d₃-5 мм, где d₃ – внутренний диаметр винта резьбы.

Минимально допустимый запас прочности [s] обычно находится в пределах от 2 до 3. Примем [s]=2.

Для Стали Ст4 табличное значение _Т=280 МПа.

К
рутящие моменты, необходимые для расчёта касательных напряжений, вычисляются по следующим формулам:

Выбор формы пяты и расчёт момента трения в пяте:

Выбираем обычно используемую в домкратах (рис. 4.) кольцевую опорную поверхность. Внутренний диаметр кольца D₀ для домкратов можно найти из соотношения:

мм

Наружный диаметр кольца D определяем, исходя из допускаемого удельного давления на опорной поверхности чашки,

q= [q],


Рис. 4. Кольцевая опорная пята домкрата

для стальных поверхностей [q] =12 МПа, следовательно:

.

Момент трения в кольцевой пяте (между торцом винта и опорной поверхностью чашки)

,

где f₁ = 0,12 - коэффициент трения скольжения для сочетания материалов сталь-сталь.

Рассчитаем _сж:



где

Касательное напряжение определяется по формуле:

,

где T – либо момент трения в резьбе Т_р, который скручивает винт в опасном сечении (расчёт проводят для среднего диаметра резьбы d₂), либо момент трения в пяте Т_f, если Т_f >Т_р, МПа; W –полярный момент инерции, м³.

В формулы для вычисления Т_Р входят f и ₁. В данном случае f=0,25, а ₁=15.







Момент > , следовательно, T = Т_р.



Тогда эквивалентное напряжение равно:



Теперь, когда все необходимые значения вычислены, рассчитаем s:


Т.к. минимально допустимый запас прочности обычно принимается [s]=2…3, а вычисленный запас прочности превышает минимальное значение (s>[s]), то проверка винта по условию прочности выполняется.

2. Расчёт винта на устойчивость.

Проверка винта на устойчивость производится по критерию работоспособности



где – расчётный коэффициент запаса устойчивости; критическая сила, вызывающая потерю устойчивости.

Минимально допускаемый запас устойчивости обычно принимается Если существует вероятность внецентренного приложения осевой нагрузки или появление сил, перпендикулярных оси винта, то выбираются большие значения.

Величина критической силы определяется произведением критического напряжения на площадь поперечного сечения винта по внутреннему диаметру .



Величина критического напряжения зависит от гибкости винта:



где µ – коэффициент приведения длинны (µ=2); расчётная длинна винта; – радиус инерции.



где – приведенный момент инерции; площадь сечения винта.

С учётом параметров резьбы



Найдём площадь сечения винта А:





Для определения расчётной длинны винта допустимо использовать формулу



где – наибольшее осевое перемещение.

Тогда гибкость:





Рис. 5. График зависимости

Для винтов средней жёсткости при 61 расчёт критического напряжения производится по эмпирической формуле Ясинского:



Тогда величина критической силы:



Т
огда коэффициент запаса будет равен:

Т.к. минимально допустимый запас прочности обычно принимается [s]=2…3, а вычисленный запас прочности превышает минимальное значение (s>[s]), то проверка винта по условию прочности выполняется.

3. Расчёт КОРПУСА гайки

   1. Проектный расчёт корпуса гайки на растяжение

Рис. 6. Схема нагружения корпуса гайки

Толщина стенки гайки определяется из условия прочности на разрыв усилием F и одновременное скручивание моментом T:



Отсюда, наружный диаметр гайки  :



где   – осевое усилие, действующее на винт;  – коэффициент, учитывающий напряжения от скручивания,   = 1,25…1,3; d – наружный диаметр резьбы;  – допускаемое напряжение; для чугуна СЧ25  .



Принимаем .

Толщина тела гайки в таком случае равна



что удовлетворяет минимальному требованию.

3.1.2 Проектный расчёт диаметра бурта гайки на смятие

Диаметр бурта гайки определяется из условия прочности на смятие опорной кольцевой поверхности



Площадь поверхности смятия определена с учётом фаски



С учётом допускаемого напряжения смятия диаметр бурта равен



Из конструктивных соображений диаметр бурта гайки принимается

Высота бурта гайки:

3.1.3 Проверочный расчёт высоты бурта гайки на срез

После этого проведена проверка на срез.



где – площадь среза, равная площади боковой поверхности цилиндра с высотой и диаметром .

Допускаемые напряжения среза для чугуна



Так как предел прочности на срез для чугуна

3.2 Проверочный расчёт резьбы на срез

При расчёте на прочность допущено упрощение, что нагрузка между витками распределена равномерно. Это позволяет рассмотреть виток резьбы как балку, если развернуть её по диаметру d. Ввиду малой длинны, расчёт проводится только на срез.

Условие прочности имеет вид



где z – число витков; b – толщина витка у основания.

Для упорной резьбы толщина витка у основания равна



После нахождения всех необходимых неизвестных, было пересчитано условие прочности

4. РАсчЁт рукоятки

Расчёт длины рукоятки определяется в зависимости от силы, с какой рабочий должен действовать на рукоятку. Исходя из технического задания, предполагается долговременное использование, поэтому допустимо назначить Из условия равновесия рукоятки



Следует



Для расчёта на прочность рукоятка рассмотрена с незначительным упрощением как консоль.



Рис. 5. Расчётная схема рукояти

В этом случае изгибающий момент в опасном сечении представляется в виде



Диаметр рукоятки определяется из условия прочности



где – момент сопротивления сечения рукоятки.



Из условия прочности диаметр рукоятки равен



Из конструктивных соображений принимаем

Литература

1. 
   В.Н.Комков. Проектирование передачи винт-гайка.
   

Методические указания к курсовой работе. СПбГТУ. Л. 2003 .

2. 
   М.Н.Иванов. Детали машин. Высшая школа. М.1991.
   
3. 
   Комков В. Н. Основы расчёта на прочность. Детали машин. Учебное пособие. Л., 1988.
   

Приложение

Рис. 6. Эскиз винта



Рис.7. Эскиз гайки


Рис.8. Эскиз рукояти