Расчет основных размеров винта

Расчет винтового механизма

Рассмотрим винтовой механизм на примере распорного домкрата. Данный домкрат применяется для получения большого усилия с использованием небольшого рабочего усилия. Основным элементом домкрата является передача винт-гайка. Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. В силовых передачах винт-гайка часто применяется упорная резьба. Она обладает высокой прочностью витков, технологична, имеет более высокий к.п.д., чем метрическая резьба, но может использоваться только при нереверсивной нагрузке. Винт и гайка должны составлять прочную и износостойкую пару. Исходя из этого винт, который не подвергается закалке изготавливается из стали 45, а для изготовления гайки применяется бронза БрА9Ж3.

Целью данного раздела является выполнение проектировочных расчетов деталей распорного домкрата (винт, гайка, рукоятка) и разработка эскизов этих деталей.

Расчет основных размеров винта

Проектировочный расчет винта

Задачей раздела является определение параметров резьбы винта.

Опыт эксплуатации передач винт-гайка показывает, что основной причиной выхода их из строя является изнашивание резьбы [1, c.9]. Следовательно, критерием проектировочного расчета является износостойкость. Условие работоспособности по критерию износостойкости может быть записано в виде [1, c. 9].

 

p≤ [p], (1.1)

где р - среднее давление на поверхность резьбы, Н/мм²; [p]- допускаемое давление для данного сочетания трущихся материалов, Н/мм².

Согласно технического задания винт изготовлен из стали Сталь 45, а гайка из безоловянной бронзы БрА9Ж3, поэтому выбираем [p]=7 Н/мм² [1, с. 13].

Известно, что среднее давление на контактирующих поверхностях может быть определено по формуле

 

p =F /A, (1.2)

 

Где F - нормальная сила, Н; А- площадь контактирующих поверхностей, мм².

Считая, что нагрузка распределена равномерно по виткам гайки и пренебрегая углом подъема резьбы, запишем выражение для площади, по которой распределено давление

 

A=π d H z, (1.3)

 

где z-число витков гайки.

Введем коэффициенты

 

γ  = Н /Р и γ =Н /d ,

 

значение, которых может быть выбрано по рекомендации [1. c. 9].

Выбираем γ =2, γ = 0,75 (резьба упорная).

Выражение (1.3) с использованием коэффициентов γ  и γ  может быть приведено к виду

A= πd ²γ  γ . (1.4)

 

Тогда, подставляя значения  и А в выражение (1.2) и полученное выражение для p в условие (1.1), получим формулу для проектировочного расчета винта

 

d ≥√ F / (πγ  γ [p]). (1.5)

 

Подставляя численные значения в выражение (1.5), получим величину среднего диаметра резьбы винта. Величина =25000 Н приведена в техническом задании.

 мм

В соответствии с ГОСТ 9484-73 [1, c.23] находим параметры резьбы винта, обеспечивающие износостойкость данной винтовой пары:  = 32 мм; =27,50 мм; =21,587 мм; P=6 мм, определение которых и являлось задачей данного раздела.

 

Расчет основных размеров гайки

 

Расчет размеров рукоятки

 

Расчет длины рукоятки

Задачей раздела является определение длины рукоятки по критерию возможности поворота рукоятки при максимальной нагрузке домкрата.

Для определения длины рукоятки составим расчетную схему (рис. 1.4).

 

Рис. 1.4 - Расчетная схема рукоятки: диаметр рукоятки; расчетная длина рукоятки; длина изгибающей части рукоятки; изгибающий момент.

Из рассмотрения рис. 1.4 следует, что

 

, (1.36)

 

где m- число рабочих.

Выразим  из (1.36)

 

 (1.37)

 

Значение  известно из раздела 1.1.2.

Усилие одного рабочего , так как кратковременный цикл [1, c.18].

Подставим численные значения в выражение (1.37)

Полученное расчетное значение длины рукоятки удовлетворяет условию  [1, c.18].

Длину рукоятки можно найти по формуле [1, c.18]

 

 (1.38)

Длина рукоятки L, равная 708 мм, обеспечивает возможность поворота рукоятки при максимальной нагрузке, при числе рабочих m=1.

 

Расчет диаметра рукоятки

Задачей раздела является определение диаметра рукоятки. Критерием расчета является прочность на изгиб. Условие прочности можно записать так

 (1.39)

 

где -напряжение изгиба, Н/мм ; -допускаемое напряжение изгиба, Н/мм .

 определяется из выражения [1, c.21]

 

 (1.40)

 

Нормативный коэффициент [S]=1,5, так как деталь малоответственная [1. c.21].

Выбираем в качестве материала рукоятки сталь Ст4, согласно [1. c.16].

Напряжение изгиба может быть определено так

 

 (1.41)

 

где W-момент сопротивления, мм .

Момент сопротивления определяется из формулы

 

 (1.42)

 

Из рис. 1.6 видно, что изгибающий момент можно вычислить по формуле

 (1.43)

 

где D=1,5 d.

Подставляя выражения (1.41), (1.42) и значение M, в формулу (1.39) получим

 

 (1.44)

 

Таким образом, выбран диаметр рукоятки и он равен 22 мм.

Расчет винтового механизма

Рассмотрим винтовой механизм на примере распорного домкрата. Данный домкрат применяется для получения большого усилия с использованием небольшого рабочего усилия. Основным элементом домкрата является передача винт-гайка. Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. В силовых передачах винт-гайка часто применяется упорная резьба. Она обладает высокой прочностью витков, технологична, имеет более высокий к.п.д., чем метрическая резьба, но может использоваться только при нереверсивной нагрузке. Винт и гайка должны составлять прочную и износостойкую пару. Исходя из этого винт, который не подвергается закалке изготавливается из стали 45, а для изготовления гайки применяется бронза БрА9Ж3.

Целью данного раздела является выполнение проектировочных расчетов деталей распорного домкрата (винт, гайка, рукоятка) и разработка эскизов этих деталей.

Расчет основных размеров винта