Размещено на http://www.allbest.ru/

52

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструирование простых винтовых устройств

Цели и задачи Работы

1.1 Освоение методики составления расчетных схем деталей винтовых устройств и определения их критериев работоспособности.

1.2 Освоение инженерных методов расчета и методики конструирования винтовых устройств.

ЗаданиЕ на дипломную работу

Задание на расчетно-графическую работу выдается преподавателем указанием номеров задания и варианта.

Размещено на http://www.allbest.ru/

52

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3.8 Струбцина (Задание№8)

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЗАДАНИЯ №8 СТРУБЦИНА (Рис.3.8)

1. Осевое усилие Q = кН

2. Тип резьбы метрическая

3. Вылет l = мм

4. Ход винта l_max = мм

l_min = мм

вар.	QКН.	l мм	lмахмм	lminмм
1	1	150	200	0
2	2	120	150	0
3	3	100	150	0
4	4	80	120	20
5	5	60	120	20
6	6	60	120	20
7	7	100	120	20
8	8	120	100	0
9	9	80	200	50
10	10	120	250	50
11	1	200	100	0
12	2	150	120	0
13	3	120	100	0
14	4	100	120	0
15	5	80	120	0
16	6	120	100	0
17	7	120	100	0
18	8	100	150	20
19	9	80	250	50
20	10	60	250	50

Где Q - требуемое усилие затяжки, кН

l - вылет винта струбцины, мм

l_мах - ход зажимной опоры струбцины, мм

l_min - минимальное расстояние от

зажимной до верхней опоры, мм.

конструирование винтовых устройств

Алгоритм разработки конструкции

винтовое устройство гайка корпус втулка

-Четко сформулировать, что требуется сделать с помощью заданной конструкции

-Разработать (придумать) структурную схему механизма, позволяющего выполнить поставленную задачу.

-Выполнить анализ разработанной схемы с целью установить:

какие детали подвижны, а какие нет и где происходит их контакт, т.е. где возникают сопротивления движению;

какие нагрузки и где действуют на элементы механизма в различных эксплуатационных ситуациях;

какую форму должны иметь элементы для успешного выполнения механизмом поставленной задачи;

какие напряжения возникают в элементах механизма под действием нагрузок в различных эксплуатационных ситуациях.

-Выбрать материал для изготовления деталей механизма и определить допускаемые напряжения для прочностных расчетов.

-Выполнить расчеты основных параметров деталей механизма и сделать их эскизы. назначив размеры остальных элементов деталей в зависимости от полученных основных параметров.

-Выполнить сборочный чертеж механизма.

Примечание:

Обычно, предварительно намеченная конструкция детали, уточняется в процессе выполнения сборочного чертежа и наоборот, сборочный чертеж может корректироваться в результате деталировки.

Составление и анализ структурной схемы механизма

В случае, когда конструкция нетиповая, нужно составить (придумать) принципиальную схему механизма, позволяющего выполнить поставленную задачу. В данном случае в качестве заданий выбраны типовые конструкции, поэтому структурные схемы составляются по ним. В качестве примера представлены схемы винтового домкрата (рис. 4.1.а) и съёмника для втулок (рис. 4.2.) и приведен анализ схемы винтового домкрата.

Пример. Анализ структурной схемы задания «Домкрат».

Критерии работоспособности винта (Рис. 4.1а ).

Рабочий, прикладывая к рукоятке 5 усилие Р_раб на расстоянии l от оси вращения, заставляет винт 1 вращаться в неподвижной гайке 2 и, преодолевая действие веса Q груза 6, поднимать его. Таким образом, гайка 2 относительно корпуса 3 неподвижна, винт 1 относительно гайки 2 - подвижен.

Рис. 4.1 а

В резьбе на длине свинчивания l_св винта 1 и гайки 2, витки резьбы винта давят на витки резьбы гайки (рис. 4.1.б) суммарным усилием Q и, т.к. винт вращается, на поверхностях стыка витков возникает момент сил сопротивления движению Т_р.

Рис. 4.1 б

Чашка домкрата 4, на которой лежит груз 6, относительно груза неподвижна. Но, так как винт 1 вращается, в плоскости стыка «а-а» чашки 4 и головки винта действует момент сил трения Т_оп, препятствующий движению.

Через чашку 4 на головку винта 1 по плоскости контакта «а-а» передается вес Q груза 6. С другой стороны, винт 1 опирается своими витками на длине свинчивания на витки резьбы гайки (рис. 4.1.б.). Так как каждому действию есть равное и противоположно направленное противодействие, в витках резьбы гайки 2 возникает опорная реакция Q', направленная вверх и действующая на винт (рис. 4.1.в). Поэтому участок винта между чашкой 4 и гайкой 2 сжат. Эпюра сжимающих сил Q приведена на рис. 4.1.в.

Для того, чтобы вращать винт, поднимая груз, нужно преодолеть трение на опоре Т_оп (плоскость «а-а») и сопротивление в резьбе Т_р. С этой целью рабочий с помощью рукоятки создает момент

Т_раб = Р_раб · l ? Т_оп + Т_р

Получается, что винт нагружен, кроме сжатия, крутящим моментом Т_оп на участке между плоскостями «а-а» и «d-d» и Т_р на участке между плоскостями «d-d» и «m-m» (рис. 4.1.в).

Осевая сила, сжимающая винт, уменьшается по мере увеличения числа витков резьбы гайки, на которые он опирается. Поэтому на эпюре Q (рис. 4.1.в) усилие, сжимающее винт, уменьшается на длине свинчивания l_св от максимума до нуля. Момент сопротивления в резьбе, зависящий от этого усилия, также уменьшается от максимума в плоскости «k-k» до нуля в плоскости «m-m». Таким образом винт работает на сжатие с кручением.

Кроме того, т. к. винт-стержень, сжимаемый продольной силой, нужно проверить возможность потери им устойчивости при подъеме груза на заданную высоту.

Анализ нагруженности других деталей механизма приведен в соответствующих разделах руководства.

Конструирование винтов

Материалы для изготовления винтов

Винты изготавливаются из сталей марок ст.4; ст.5; сталь 35. 40. 45. Эти материалы могут применяться нормализованными или улучшенными. При необходимости можно применять стали У10; 65Г; 40Х; 40ХН с объемной или поверхностной закалкой.

Определение формы и размеров винта

Сконструировать деталь - значит установить её форму и размеры.

Определение формы винта

По структурной схеме (а в данных заданиях и по эскизу типовой конструкции) можно представить, какой формы должен быть винт и выполнить его эскиз.

Пример: определение формы винта домкрата. Очевидно, что основной

элемент конструкции винта 1 (рис 3.7 и 4.1.а) - стержень с резьбой. В верхней части этого стержня должна быть головка с поперечным отверстием, в которое свободно вставляется рукоятка 5.

На головку винта 1 опирается чашка 4. Во время работы домкрата винт вращается, а чашка нет. Чтобы чашка не соскочила с винта, из головки должна выступать ось для неё. Эскиз винта - рис. 5.1.

Обратите внимание: для того чтобы выполнить такой эскиз, нужны лишь соотношения размеров деталей: один больше, а другой должен быть меньше диаметра d резьбовой части стержня винта.

Некоторые особенности конструкций винтов, задаваемых для разработки механизмов

Задания № 1 и № 4

Винт должен вращаться в неподвижной чашке и при этом давить на деталь через неё (рис. 3.1 и 3.4). А при хранении чашка не должна соскакивать с винта. Поэтому конструкцию решают подобно рис. 5.2 или 5.3.

Диаметр d_оп должен свободно проходить через гайку, т.е. он должен быть меньше внутреннего диаметра резьбы на 0,5-1мм.

Чтобы не создавать напряжений изгиба в стержне винта, торец А выполнен сферическим. Между торцом винта 1 и чашкой 4 нужно установить сферическую шайбу 3 (рис 5.2.б). В конструкции на рис. 5.2.а чашке 4 не дают соскочить с винта 1 два сухарика 7 (кольцо разрезанное на две части), которые крепятся к ней винтами 8. Диаметр внутреннего отверстия в этих сухариках больше на 1-2мм диаметра проточки, но меньше d_оп. Чашка должна свободно «болтаться» на винте т.е. d_р = d_оп+ (1…2)мм и зазор д₁ =(1…3)мм. После того как винт 1 упрется в дно чашки 4, а чашка в деталь, должен остаться зазор д₂ между торцевой поверхностью винта Б и сухариками.

В конструкции на рис. 5.3 вместо сухариков использованы два штифта 9, которые вставлены в боковые сверления чашки так, чтобы чашка не спадала с винта. Все остальное аналогично предыдущей конструкции.

Рис. 5.3

Задания № 2 и № 3

В этих заданиях (рис. 3.2 и 3.3) винты заканчиваются внизу заострением.

Если этого не сделать, то плоский торец винта может соскользнуть с торца вала во время стягивания шкива или подшипника (т.к. винт вращается). При изготовлении валов обычно на их торцах выполняются конические центровые отверстия. В них и упирается заостренный конец винта. Размеры центровых отверстий см. в таблице 8.1.

Задание № 5

В этом задании (рис. 4.2) захват 4 должен шарнирно закрепляться на нижнем конце винта 1. Это сделано для того, чтобы захват мог устанавливаться

по торцу выталкиваемой втулки, не создавая дополнительных изгибающих нагрузок на винт. Конструктивное решение такого узла представлено на рис.5.5.б.

На нижнем торце винта 1 выфрезерован зуб (рис. 5.5.а). Ширина зуба Н₁ может быть больше диаметра винта.

Осью 9 захват 4 связан с винтом 1. Чтобы ось 9 не выскочила, поставлен шплинт 10.

Для обеспечения возможности покачивания захвата 4 вокруг оси 9 нужно чтобы С₁>0,5R₁ и С₃>0,5R_2.

Задание № 6

Винт этого механизма устанавливается горизонтально на двух подшипниках скольжения (рис.5.4)

Рисунок 5.4

1 - проточка для выхода инструмента.

Диаметры d_{2 =} d + (2…4)мм; d_{3 =} d₁ - (2…4)мм.

Буртиком d₄ винт упирается в корпус механизма

d_{4 =} d₂ + (8…10)мм;

На посадочном месте d₅ будет находиться штурвал, а резьбовая часть d₆ нужна для установки шайбы и гайки, чтобы закрепить штурвал. d₅ - определяется при выборе штурвала (см. п. 8.2) d₆ - принимается: d_{6 =} d₅ - (2…4)мм.

Между резьбовой частью винта и посадочным местом d₂ и между поверхностями d₅ и d₆ имеется проточка для выхода инструмента (см. задание № 7 в этом разделе).

Задание № 7

Для того, чтобы чашка 4 не потерялась при хранении домкрата на торце Б винта также закрепляется шайба. Но при этом чашка 4 не должна быть жестко зафиксирована на винте 1. Поэтому высота оси чашки должна быть больше толщины её дна на 1,5-2мм; d_о=10…16мм.

При нарезке резьбы на винте 1 нужно обеспечить выход инструменту (рис. 5.6). Иначе или инструмент будет поломан, или во время работы гайка заклинится и резьба её будет повреждена.

Диаметр канавки d_к берется равным внутреннему диаметру резьбы.

Ширина канавки b_к =(2..5)мм. А размер

b_п = (2…3)мм.

Диаметр переходного участка d_п =d или на несколько миллиметров больше.

D_г= (1,5…1,8)d - диаметр головки винта.

Определение размеров винтов в опасных сечениях

Основным параметром винта является диаметр его в опасном сечении. Опасным сечением является сечение, в котором диаметр винта должен быть наименьшим.

Как установлено при анализе структурной схемы, винты работают на сжатие (растяжение) и кручение. Из условия прочности по этим видам деформаций

;

наименьший диаметр винта

, мм ^*)

где К - коэффициент, учитывающий скручивание винта;

К=1,25…..1,35 -если винт скручивается только моментом в резьбе;

К=1,3…..1,5 -если винт скручивается суммарным моментом в резьбе и опоре;

А - площадь винта в опасном сечении;

- допускаемое напряжение при расчете на сжатие (растяжение); Мпа.

у_Т - предел текучести, выбранного для изготовления винта материала;

n =(3..5) - коэффициент запаса прочности.

Коэффициент запаса прочности назначается в зависимости от степени опасности последствий отказа винта. Очевидно, что в случае съемника для втулок коэффициент запаса можно взять меньше, а в случае домкрата - больше. Полученное значение допускаемого напряжения нужно округлить до целого числа в меньшую сторону.

Значение вычисляется с точностью до сотых долей.

Если минимальным является внутренний диаметр резьбы винта (задания 2,3,6,7) и резьба по заданию стандартная, то по полученному значению из соответствующего стандарта подбирается такая резьба, у которой внутренний диаметр d₁ будет ближайшим большим к .

Если резьба нестандартная - прямоугольная, то параметры её назначаются. Обычно принимаются:

- округляется до целого четного числа в большую сторону и принимается как внутренний диаметр ;

шаг резьбы- ;

высота витка - ;

глубина нарезки - (рис. 4.1.б)

Если минимальным является диаметр проточки d_пр (задания 1, 4; рис 5.2 и 5.3), то полученное из расчета значение округляется до ближайшего целого и принимается в качестве .

Внутренний диаметр резьбы:

+(3,0…5)мм.

Затем, как описано выше, либо подбирают резьбу по стандарту, либо принимают её параметры.

В задании 5 винт работает на растяжение с кручением, а на нижнем конце его выполняется зуб (рис. 5.5.а) . Сечение зуба по плоскости А-А - прямоугольник, ослабленный отверстием под ось d₀. Сечение в месте перехода от винта к зубу В-В - прямоугольник. Сечение винта по внутреннему диаметру резьбы - круг. Все эти сечения должны быть равнопрочны. Для того, чтобы добиться этого нужно выполнить следующие операции.

Определить диаметр оси d_0, и диаметр отверстия проушины винта d_оз. (для задания №5)

Оси изготавливаются из среднеуглеродистых сталей: ст.4; стали 35, 40, 45, как правило, без термообработки. Если прочность оси будет недостаточна, то произойдет её срез по двум плоскостям «к-к» и «m-m» (рис 5.5.б).

Поэтому

() отсюда

, мм,

где [_ср] = (0,3…0,4)у_т, МПа материала оси.

Полученную величину округляем в большую сторону до целого числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры в машиностроении»;

Диаметр отверстия в зубе принимается на 0,5…1 миллиметр больше диаметра оси: d_оз = d₀ +(0,5…1)мм

Расчет размеров проушины винта (для задания №5).

Ширина проушины «b» может быть:

Вариант №1: меньше ( не менее 15 мм.), но тогда на конце винта выполняют зуб (рис 5.5.а).

Вариант №2: несколько больше наружного диаметра винта (см. лист задания и рис.5.7.)

Вариант №1

а) Определить толщину зуба «».

На поверхности контакта деталей ось - зуб под нагрузкой возможно смятие

().

При расчетах на смятие цилиндрических поверхностей . Поэтому , мм.

где =0,8, МПа.

Полученное значение принимается равным ближайшему большему целому числу. Но делать <15мм не нужно.

б) Размеры зуба в сечении А-А (рис. 5.5.а)

Необходимо найти из условия прочности на растяжение:

Толщина «b» принята ранее (п.а)

Ширина

, мм.

Округлить до ближайшего целого значения Н_1.

Тогда радиус скругления R₂ = 0,5 Н₁

С₄ = 5мм.- размер обеспечивающий выход резьбонарезного инструмента.

в) Размеры зуба в сечении В-В(рис. 5.5.а)

Необходимо проверить прочность сечения при действии растягивающих нагрузок

_.Толщина «b» принята ранее (п.а) , - из удобства изготовления.

где d₁ - внутренний диаметр винта

Если условие прочности не выполняется, то необходимо увеличить толщину зуба.

Вариант №2

Задаем ширину зуба b= d +(4…6)мм

Проушина винта в сечении А-А работает на растяжение:

,

Принимаем D_пр > b + (4…6 мм).

Проверка винта на устойчивость

Если винт сжат, то при гибкости л?55 его необходимо проверить на устойчивость.

где м - коэффициент приведения длины, учитывающий закрепление винта в опорах;

м=1 - если оба конца винта закреплены шарнирно или один из них направляется гайкой;

м= 2 - один конец винта свободен, второй направляется гайкой;

м=0,5 - оба конца закреплены жестко.

При определении м, если винт на опорах скольжения и в каждой опоре соотношение длины цапфы винта и её диаметра

,

то можно считать такие опоры шарнирными (задание № 6).

l_max - максимальная высота подъёма винта или наибольшее расстояние от гайки до торца винта;

- радиус инерции сечения винта.

Для винтов можно принимать

.

{Строго: где , }

Условие устойчивости при действии сжимающих нагрузок

где - допускаемое напряжение при расчете винта на сжатие (см. выше);

ц - коэффициент понижения допускаемого напряжения.

Величина ц принимается по таблице 5.1 в зависимости от гибкости винта л.

Таблица 5.1Значение коэффициента ц в зависимости от гибкости л

Гибкость л	Коэффициент ц	Гибкость л	Коэффициент ц
	Сталь Ст.3; Ст.4; Сталь 40	Сталь Ст.5; Сталь 45; Сталь 50		Сталь Ст.3; Ст.4 Сталь 40	Сталь Ст.5; Сталь 45; Сталь 50
0	1,00	1,00	80	0,70	0,65
10	0,93	0,97	90	0,62	0,55
20	0,95	0,95	100	0,51	0,43
30	0,91	0,91	110	0,43	0,35
40	0,89	0,87	120	0,37	0,30
50	0,86	0,83	130	0,33	0,26
60	0,82	0,79	140	0,29	0,23
70	0,76	0,72	150	0,26	0,21

Если условие работоспособности не выполняется, то необходимо увеличить диаметр винта и повторить эту проверку.

Проверка условия самоторможения резьбы

Резьбы, применяемые в рассматриваемых конструкциях, должны быть самотормозящимися. Иначе, как только рабочий перестает воздействовать на рукоятку, винт может начать вращаться в обратную сторону. Чтобы этого не случилось, должно выполняться условие ц ? с'

Размещено на http://www.allbest.ru/

52

Размещено на http://www.allbest.ru/

где - угол подъёма резьбы;

P и d₂ - шаг и средний диаметр резьбы;

- приведенный угол трения в резьбе;

б - угол наклона рабочей грани витка резьбы (рис. 5.8 в качестве примера трапецеидальная резьба);

- коэффициент трения в резьбе;

Принимаем f_min=0,1, что соответствует слабой смазке.

Угол наклона рабочей грани:

б=0є - прямоугольная резьба;

б=3є - упорная резьба;

б=15є - трапецеидальная резьба;

б=30є - метрическая резьба.

Чтобы завершить конструкцию винта нужно определить его линейные размеры. Для этого нужно знать размеры чашки, гайки и некоторых других деталей, пока ещё неизвестные. Поэтому определение линейных размеров винта см. п. 11.

КОНСТРУИРОВАНИЕ ГАЕК ВИНТОВЫХ УСТРОЙСТВ

Форма гайки и материалы для её изготовления

Из анализа структурной схемы ясно, что витки резьбы винта опираются на витки резьбы гайки и при этом винт вращается (или наоборот, задание 5). Гайка, чаще всего, вставляется в корпус механизма и под действием нагрузки висит на буртике (рис. 6.1.). Она выполняется как отдельная деталь из антифрикционного материала (рис. 6.2). Применяются бронзы (ОФ10-1; БрОЦС 5-5-5; БрАЖ 9-4 и др.). При небольших нагрузках могут быть использованы антифрикционные чугуны (АЧС-1; АЧС-2 и др.) или серые чугуны (СЧ-15; СЧ-18).

Если нужно с гайкой связать конструктивные элементы: рукоятки (рис. 6.3) или пальцы (рис 6.4), гайки делают либо целиком стальные (ст.3; стали 20, 30), либо из дешевой стали выполняют корпус, в который вставляют гайку, выполненную из бронзы или чугуна.

В некоторых случаях гайки, как таковой, может вообще не быть: резьба для взаимодействия с винтом нарезается непосредственно в корпусной детали.

Определение размеров гайки

Определение высоты гайки

Высота гайки H_г=Р·Z, мм

где Р - шаг резьбы;

Z - число витков резьбы гайки.

Число витков резьбы определяется из расчета на смятие



где А_см - площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки (рис. 6.2)

, мм²

Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [у_см] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р] (Таблица 6.1)

Таблица 6.1

Материал винта и гайки [р], МПа

Чугун по чугуну 3…3,5

Сталь по чугуну 5…6

Сталь по антифрикционному чугуну 10…13

Сталь по стали 7…13

Сталь по бронзе оловянистой 8…13

Сталь по бронзе безоловянистой 7…8

Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать Z больше не имеет смысла. Поэтому

Если Z' получается больше 10, то нужно увеличить диаметр резьбы и повторить расчет. Полученное число витков Z' проверяется на срез по плоскости «а-а» (рис. 6.2 б)

,

где [ф_ср]=0,75[у_р] - для бронзовой гайки;

[ф_ср]=0,15[у_р] - для чугунной гайки;

[ф_ср]=(0,2…0,3)у_р - для стальной гайки;

k_р - коэффициент полноты резьбы:

k_р=0,88 для треугольной резьбы;

k_р=0,76 для упорной резьбы;

k_р=0,5 для прямоугольной резьбы;

k_р=0,4 для трапецеидальной резьбы.

Если ф_ср> [ф_ср] необходимо:

при Z'<10, увеличить число витков и повторить проверку;

при Z'?10, увеличить диаметр резьбы и повторить определение числа витков.

Если ф_ср? [ф_ср], то по Z' определяется высота гайки и округляется до ближайшего целого большего числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры».

Определение наружного диаметра гайки (кроме гаек заданий № 5 и 6)

Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв её по плоскости «в-в» (рис. 6.1). Из условия прочности на растяжение с кручением

.

и площади сечения гайки

, мм.

где [у_р]= - для стальных и бронзовых гаек;

[у_р]= - для чугунных гаек;

n - 2,5…3,5 - коэффициент запаса прочности;

k =1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.

Для удобства изготовления и нормальной эксплуатации толщина тела гайки должна быть не менее 5мм, поэтому должно быть

+10мм.

Определение размеров буртика гайки

Наружный диаметр.

На кольцевой поверхности контакта буртика гайки и корпуса возникают напряжения смятия. Поэтому

.

Отсюда

, мм.

Здесь [у_см] = 0,8у_т т.к. контактирующие детали неподвижны. Расчет ведется по менее прочной детали.

На входе в расточку корпуса (рис. 6.1) для того, чтобы удобнее было вставлять гайку, выполняется фаска. Поэтому ширина опорного кольца буртика не может быть меньше 5мм.

С учетом этого D_б ?D_нг+10мм.

Высота буртика.

Высота буртика определяется из условия прочности его на срез по плоскости «с-с» (рис. 6.2 а).

.

где [ф_ср] = 20…25Мпа для бронзы;

[ф_ср] = 20…30Мпа для чугуна.

Полученные значения и - округляются до ближайших больших целых значений по ГОСТ 6636-83.

Определение наружного диаметра гайки съёмника для втулок (задание №5)

В съёмнике для втулок гайка имеет форму, приведенную на рис 6.3. Во время работы она опирается на корпус плоскостью «d-d». Поэтому из условия прочности на смятие

, мм.

Так как поверхности подвижны относительно друг друга

[у_см] =(13…15)Мпа (сталь по стали).

Затем тело гайки нужно проверить на сжатие

,

где ;

Значения n и K см. п. 6.2.2.

Так как (рис 6.3) не может быть меньше 5мм, должно быть

+(14…20)мм.

Полученное значение округляется до ближайшего большего целого по ГОСТ 6636-83.

Если гайка вставная, то размеры корпуса под неё определяются, по размерам гайки с учетом необходимости крепления рукояток.

Определение размеров гайки механизма отвода муфты (задание № 6)

Гайка стальная. Конструкция по рис. 6.4.

Высота гайки определяется по п. 6.2.1., но для обеспечения устойчивого положения на винте при перемещении Н_г=(0,8-1)D, мм.

Наружный диаметр принять+2(с+), мм.

_min=5мм.

с_min=3мм.

Конструирование чашек и захватов

Задания №1 и 4

Форма и конструктивные решения чашек для таких конструкций приведены на рис. 5.2 и 5.3.

Чашки изготавливаются из сталей ст.3, ст4, 35 и т.п. или отливаются из сталей 20Л, 25Л, 35Л и т.п.

Внутренние размеры чашек определяются по соответствующим размерам винтов и рекомендациям п.5.2.2.

Для чашек по рис. 5.2 задаются диаметром винтов крепления сухариков (обычно- М6). Толщину тела чашки от стенок резьбового отверстия до внутренней и наружной поверхностей принимают по (3…5)мм и тогда d_н= d_р+ 2(5+6+5), мм

Толщина сферической шайбы (5…7)мм.

Радиус сферы - R=(3…5)d_оп

Высота чашки определяется так, чтобы обеспечивался зазор д₁ (см. п. 5.2.2.) и соотношение д₂> д_1.

Для чашек по рис. 5.3. диаметр штифта 9 принимается d_ш=6…8мм. Межосевое расстояние штифтов а₀=d_пр+d_ш+1мм.

Остальные размеры определяются аналогично вышеизложенному.

Задания № 2 и 3

В этих конструкциях захватами нужно «ухватиться» либо за ступицу шкива (задание № 2), либо за внутреннее кольцо подшипника (задание № 3). Поэтому эти детали имеют форму крючка (рис. 7.1, 7.2).

Глубина захода «а» определяется размерами снимаемого шкива или подшипника. Так как шкив имеет большой наружный диаметр, верхнюю часть захвата съёмника для шкивов (задание№ 2) делают изогнутой, чтобы уменьшить размеры корпуса съёмника.

Захваты изготавливаются из сталей ст.3, ст.4, 35, 45.

Проще всего размеры захватов определить конструктивно, а затем проверить их на прочность в опасных сечениях.

Для определения размеров захвата на листе миллиметровой бумаги, от руки, в масштабе 1:1 используя заданные размеры шкива (подшипника) и ход винта, полученные размеры винта и гайки, необходимо выполнить следующее:

нанести контур шкива (подшипника), насаженного на вал;

нанести контур винта, упирающегося в центровое отверстие вала;

нанести контур гайки, расположенной на винте в положении, соответствующем началу съёма шкива (подшипника);

нарисовать ориентировочно контур корпуса съёмника;

нарисовать захват, принятой формы, упирающийся в шкив (подшипник);

замерить: для задания № 2 -а; ; ;; ; h

для задания № 3 -а; ; ; h₆; h_в.

и округлить полученные размеры до целых значений по ГОСТ 6636-83;

задаться толщиной «» - захвата.

По полученным размерам выполняется проверка захвата на прочность при изгибе с растяжением.

Схема нагружения захвата, эпюры изгибающих моментов и осевых сил представлены на рис. 7.1 и 7.2.

На этих рисунках:

R - нагрузка на захват, действующая по линии соединяющей ось захвата «о» с точкой упора в снимаемую деталь «с».

Вектор R раскладывается на составляющие F - горизонтальную и Q/Z- вертикальную

Z - число захватов съёмника: задание № 2 - Z=2;

задание № 3 - Z=3;

Углы в = 15…35є и б= 30…35є принимаются.

Опасными сечениями являются «Б-Б» и «В-В».

Напряжения в этих сечениях (в точке «а»)

Здесь М₁ - изгибающий момент в сечении;

N₁ - осевое усилие в сечении.

Задание № 2

;

;

; ;;

Задание № 3

;

;

;

W_Б; W_В - моменты сопротивления сечения

, мм⁴

А_Б; А_В - площади сечений

А_i=b_i·h_i, мм²

[у_р]=

где n=2…3 коэффициент запаса прочности.

Если неравенства (1) не выполняются, то нужно увеличить размеры сечений захватов съёмника и (или) изменить соотношение между ними, после этого повторить расчет.

Задание № 5

Захват в съёмнике для втулок имеет форму, показанную на рис. 7.3.

Размеры b, Н₁, d_0З, с₄, принимаются по ранее полученным размерам зуба винта (пп. 5.2.2, 5.2.3)

Ширина В?3мм;

D_н =D_нар.вт. -2мм;

D_вн =D_вн.вт.+1,0мм.

где D_нар.вт. и D_вн.вт. - наружный и внутренний диаметры заданной втулки.

Толщина захвата д определяется из расчета на изгиб

():

, Нмм; , мм,

где (величиной пренебрегаем);

[у_и]=(0,5…0,6)у_т материала захвата.

Задание № 6

Размещено на http://www.allbest.ru/

52

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7.4

В механизме отвода муфты гайка связана с исполнительным механизмом через пальцы (рис 6.4). Пальцы изготавливаются из сталей: ст.3, 20, 30 и привариваются к гайке.

Диаметр пальца (рис.7.4) d_п?8мм. Палец работает на изгиб, поэтому

;

l₁ - см. п.6.2.5;

l=10…15мм;

[у_И]=(0,5…0,6) у_Т

l₂=(1,2…1,3)l;

Задание № 7

Размещено на http://www.allbest.ru/

52

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 7.5 Конструкция чашки

Материалы: сталь ст.3, 20, 20Л т.п.

Принять: d_отв =d₀ +(2…3)мм и округлить до целого четного значения.

d_вн =d_ш +(2…3)мм

d_ш=(1,5…2) d_отв.

Толщина шайбы -2-3мм.

Диаметр d_н определяется из расчета на смятие

;

где [у_см]= (13…15)Мпа т.к. контактирующие поверхности подвижны относительно друг друга.

По диаметру принимается диаметр головки винта D (п.5.2.1.). При этом нужно чтобы выполнялось соотношение

D=?(1,5…2)d,

где d - диаметр винта.

k=(2…3)мм (рис. 7.5).

Толщиной стенки удобнее задаться, а потом проверить её на прочность. По условиям изготовления и эксплуатации д ? (6...8)мм для точеных чашек и д ? (8…10)мм для литых.

Принятые размеры проверяются на сжатие.

,

где = (0,6…0,8) материала чашки.

КОНСТРУИРОВАНИЕ РУКОЯТОК

Материалы для изготовления рукояток и штурвалов

Рукоятки изготавливаются из сталей: ст. 3; ст.4; 35; 45.

Штурвалы (маховички) отливаются из чугуна СЧ15. С ними используется ручка штурвала из стали ст. 3.

Определение длины рукоятки и радиуса штурвала

С помощью рукоятки рабочий создает момент Т_раб для преодоления сопротивления в резьбе Т_р и на опорной поверхности чашки или торца винта, или гайки - Т_оп (п.4.2.) должно быть

Т_раб=Р_раб·l_расч.?Т_р+Т_оп.

где Р_раб - усилие рабочего на рукоятке;

Р_раб=120-150Н при длительной непрерывной работе;

Р_раб=200-250Н при кратковременной (до 5мин) с большими

перерывами работе;

l_расч - расчетная длина рукоятки;

- момент сопротивления в резьбе;

- средний диаметр резьбы винта;

и - угол подъема резьбы и приведенный угол трения (п. 5.2.5.)

Т_оп - момент трения на опорной поверхности:

задания № 1 и 4 -

(п. 5.2.2. рис. 5.2)

задания № 2 и 3 -

,

Параметры d_1, l_{1 и} б берутся из таблицы 8.1.

Таблица 8.1 Центровые отверстия (по ГОСТу 14034-68), размеры в мм

Форма 1	Dmax*)	d	L, не менее	l
	30 40 60 80	4 5 6,3 8	8,4 10,6 13,4 17,1	3,4 4,3 5,4 7



Форма 2	Dmax*)	d	L1, не менее	L1
	30 40 60 80	4 5 6,3 8	9,6 12,2 15,2 19,1	4,6 5,7 7,2 9

^*)примечание D_max - диаметр вала, с которого снимается шкив или подшипник.

Задания № 5 и 7

где D_н - наружный диаметр опорной поверхности (задание № 5-гайки, рис 6.4; задание № 7 - чашки, рис.7.7)

d - внутренний диаметр опорной поверхности (задание № 5- диаметр резьбы, рис 6.4; задание № 7 - d_отв, рис.7.7)

f - коэффициент трения сухих поверхностей

f= 0,15…0,18 - сталь по чугуну;

f= 0,18…0,3 - сталь по стали.

Полная длина рукоятки l (рис. 8.1)

l =l_расч. +D_г/2+120…150мм,

где D_г - диаметр головки винта (п. 5.2.2)

Длина 120…150мм добавляется для удобства захвата рукоятки рукой и для установки упорных шайб на концах рукоятки.

В механизме отвода муфты (задание № 6) используется штурвал по нормали МН -5 -64 [3,6].

Усилие рабочего на штурвале Р_раб= (120…140)Н

Радиус штурвала

По радиусу штурвала по нормали подбирается штурвал и рукоятка к нему.

Определение диаметра рукоятки

Рукоятка работает на изгиб как консольная балка (рис.8.1) с вылетом l_и

l_и=l_расч.- D_г/2; M_и=Р_раб.·l_и;

;

[у_и]=у_т/n; n=2…3.

Полученный размер округлить в большую сторону по ГОСТ 6636-83.

Стопорные винты

При вращении винта 1 в резьбе на длине свинчивания его с гайкой возникает момент Т_р, который стремится вращать гайку.

Препятствует этому момент сил трения на опорной поверхности буртика гайки Т_оп.б.

Гайка будет неподвижна если Т_оп> Т_р (1)

Здесь

(п. 8.2) (рис. 6.2 а)

Размещено на http://www.allbest.ru/

52

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для поверхности без смазки:

f=0,15…0,18 - сталь по чугуну;

f=0,18…0,3 - сталь по стали;

f=0,10…0,15 - сталь по бронзе.

Если Т_оп.б ? Т_р, то нужно исключить возможность вращения гайки. Для этого устанавливают стопорный винт. (рис. 9.1).

В качестве стопорных винтов используют установочные винты с коническим концом диаметром М6, М8 по ГОСТ 1478-74. Изготавливают их из стали ст.3; 20; 30. Винты проверяют на срез

,

Шарнирные соединения в заданиях № 2 и 3

Задание № 2

Шарнирное соединение корпуса и захвата в этой конструкции ничем не отличается от шарнирного соединения винта с захватом из задания № 5. Вместо толщины зуба в расчете следует брать толщину захвата съёмника для шкивов. Усилие, действующее на ось Q/2, т.к. у съёмника два захвата.

Задание № 3

Ось с захватом может перемещаться по пазу в корпусе съёмника. Таким образом, съёмник настраивается на размер снимаемого подшипника. Диаметр подшипника, указанный в задании, является наибольшим для данного съёмника. Обычно ход оси составляет (30…40)мм.

При расчетах на смятие нужно учесть, что ось находится не в круговом отверстии в корпусе, а в пазу. Поэтому при расчете на смятие - расчет по корпусу:

где - т.к. у съёмника три захвата;

- т.к. ось в пазу корпуса;

- толщина опорных поверхностей паза корпуса.

Остальное так же как в п. 5.2.3.а, б

Определение длины оси

Длина оси должна быть достаточной для того, чтобы после установки её на место, можно было в задании № 2 установить на неё шплинт, а в задании № 3 - шайбу и шплинт.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ВИНТА

После того, как определены размеры чашек, захватов, гайки и рукоятки можно определить линейные размеры основного винта конструкции.

Длина винта складывается из длин следующих участков (по заданиям):

Задания № 1 и 4:

l_хв - длина хвостовой части винта (рис. 5.2. и 5.3), определяется в результате конструирования чашек устройств;

l_раб - длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки и заданного хода винта;

в_к+в_п - суммарный размер проточки для выхода инструмента и переходного участка (рис. 5.6);

Н_гол - высота головки винта (рис. 5.6) Н_гол=(1,8…2)d_р (п. 8.2); d_оп=d_р+(1…2)мм - диаметр отверстия под рукоятку.

Задания № 2 и 3:

l_кон - длина конического участка нижнего конца винта;

l_пер= 5…7 - длина перехода от конического участка до начала резьбовой части винта;

l_раб - длина рабочей части винта, получается как сумма 0,5l, где l - размер захвата (рис. 7.1 и 7.2); Н_г - высоты гайки и заданного рабочего хода винта;

(в_к+в_п)+ Н_гол - (см. задания № 1 и 4);

плюс (1…1,5)р - запасная длина винта.

Задание № 5:

(с₁+с₂) - размеры зуба (рис 5.5);

(Н_вт) - (с₁+с₂+с₄) - (рис 5.5), Н_вт - высота выталкиваемой втулки;

Н_стак. - высота стакана (п. 12.5);

Н_г - высота гайки (п. 6.2.1);

плюс запасной участок (1,5-2)Р.

Задание № 6:

- l₃-(0,7…1,2)d₃;

- l₂-(0,8…1)d₂+20мм, где 20мм - толщина стопорного кольца;

- l_Б= 6…10мм;

- l_ш- определяется по нормам на штурвал (см. п. 8.1);

- l_кр =(1,2…1,3)d_6.

Задание № 7:

l₀ - длина оси чашки l₀=д_ч+(1…2)мм, где д_ч- толщина тела чашки (п. 8.5);

Н_гол- высота головки винта (см. задание № 1 и 4);

(в_к+в_п)- суммарный размер проточки и переходного участка (рис. 5.5);

l_раб- длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки и заданной высоты подъёма груза плюс запас (1-1,5)Р.

Полученная таким образом длина винта округляется до целого числа по ГОСТ 6636-83.

Корпусные детали

Задание № 1

Корпус пресса рис 12.1.а.

Корпус пресса изготовляется отливкой из чугуна марок СЧ15; СЧ18 или из стали марок 35Л; 40Л; 45Л.

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:

D=D_нг; D_нг - наружный диаметр гайки;

Н?; - высота гайки без буртика;

l = l_раб +h_б +l_н,

где l_раб - заданный рабочий ход винта;

h_б - высота буртика гайки;

l_н - размер от нижней поверхности чашки до начала резьбы винта (рис. 5.2);

l₁ - заданный вылет оси винта пресса;

D_з = D_н +2мм,

D_н - наружный диаметр чашки (рис. 5.2);

D₄ =(3…4)D_з



D_з = D_н +2мм, D_н - наружный диаметр чашки (рис. 5.2);

D₄ =(3…4)D_з

Толщина стенок отливки принимается (8…12)мм. Остальные размеры определяются конструктивно Удобно сделать это прорисовкой от руки на миллиметровке в масштабе 1:1.

При конструировании Т - образного сечения обычно принимаются а=(3,5…5)д и в/а=1,2…1,5.

Опасным является сечение А-А (рис 12.1) в котором действуют суммарные напряжения

у = ± у_и + у_р ? [у_р],

где , Н/мм²; , Н/мм²,

Изгибающий момент: М=Q·l_м, Нмм

l_м - расстояние от оси винта до центра тяжести сечения.

W_А - момент сопротивления сечения относительно центральной оси У_с (рис. 12.1 б);

А - площадь сечения

Моменты сопротивления и :

, ,

где J_ус - момент инерции сечения относительно центральной оси;

х_с - расстояние от оси у до центра тяжести сечения

,

где А₁, А₂ - площади прямоугольников, на которые разбито сечение АА;

х₁, х₂ - соответственно расстояние от центральных осей У₁ и У₂ до оси У.

Центральный момент инерции сечения АА относительно оси У_с

,

где - момент инерции относительно центральных собственных осей у₁ и у₂, соответственно

;

а₁ = х_с - х_1; а₂ = х₂ - х_с.

Величины допускаемых напряжений: для чугуна [у]_р=40…60Мпа,

[у]=130…150Мпа; для стали [у]_р ?[у] =90…110Мпа.

Задание № 2

Корпус съёмника для шкивов рис 12.2.

Материал - сталь: ст.3; ст.4; 35; 45.

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:

D=D_нг; D_нг - наружный диаметр гайки;

d_оси= d₀; d₀ - диаметр оси;

Н ? ; - высота гайки без буртика;

l_з - по заданному диаметру шкива и конструкции захвата;

В ? D_б; D_б- диаметр буртика гайки;

в₁=в; в - толщина захвата;

с₁= h+(4…6)мм; h - ширина захвата;

с₂= l/2+(2…3)мм.

Остальные размеры определяются конструктивно.

Корпус работает на изгиб как двухопорная балка, нагруженная посредине силой Q.

Напряжения в среднем сечении такой балки с учетом ослабления отверстием D.

,

где , Нмм;

, мм³;

, Мпа; n=1,5…2.

Если условие прочности не выполняется, нужно увеличить В или Н (или оба размера) и повторить расчет. Если В<2b, то нужно проверить контакт корпуса с осью на смятие (п. 5.2.3 б).

Задание № 3

Корпус съёмника для подшипников рис. 12.3.

Материал - ст.3; ст.4; сталь 35, 45.

Размеры определяемые по заданным и полученным параметрам:

D=D_нг; D_нг - наружный диаметр гайки;

Н ? ; - высота гайки без буртика;

д =д₁=в; в - толщина захвата;

D_к ? D_б; D_б- диаметр буртика гайки;

l₁=30…40мм (п. 10.2)

l₂ - определяется по наружным диаметрам заданного подшипника;

в_n=d_0; d₀- диаметр оси шарнирного соединения (п. 10.2) .

Остальные размеры определяются конструктивно.

Полученную конструкцию нужно проверить на прочность в опасных сечениях А-А и Б-Б.

Сечение А-А

,

где , Нмм - изгибающий момент;

т.к. сечение ослаблено пазом под захват и

пазами под ось;

[у_и] - см. п.12.2.

Сечение Б-Б.

Расчетная схема - балка несимметрично нагруженная (рис. 12.4)

, Нмм;

, мм³

Задание № 4

Корпус пресса для гибки труб рис 12.6.

Материал - сталь 35Л; 40Л.

Размеры, определяемые по заданным или полученным параметрам:

D=D_нг; D_нг - наружный диаметр гайки;

; - высота гайки без буртика;

D_к ? D_б; D_б- диаметр буртика гайки;

l=l_раб+h_б+ l_н, где l_раб- заданный ход винта;

h_б- высота буртика гайки (п. 6.2.3);

l_н - размер от нижней рабочей поверхности до начала

резьбы винта (рис. 5.3.);

Остальные размеры определяются конструктивно.

Полученную конструкцию нужно проверить на прочность в опасных сечениях А-А и Б-Б.

Сечение А-А

,

где , Нмм;

;

[у_р]= у_т/n где n=1,5…2.

Сечение Б-Б.

, Нмм; , мм³

[у_и] - см. п. 12.2.

Задание № 5

Корпус съёмника для втулок (рис. 12.5)

Материал - сталь ст.3

Корпус состоит из втулки 1 и приваренного к ней диска 2.

Размеры, определяемые по заданным или полученным параметрам:

d _отв= d+(2…3)мм; d- диаметр винта;

D ? D_нг; D_нг - наружный диаметр гайки;

D₃ =D_нар.вт +5мм; D_нар.вт - наружный диаметр выталкиваемой втулки;

д?5мм;

D₄ =D₃+2д;

h=(1,3…1,5)д

Н=l; l- длина выталкиваемой втулки;

Н₁= Н+ h+ (3…5)мм.

Толщина стенки д проверяется на сжатие.

Остальные размеры определяются конструктивно.

Задание № 6

Корпус механизма отвода муфты рис. 12.7.

Материал - см. 12.1.

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам;

L₁=l_р+Н_г+20мм (20мм- толщина стопорного кольца);

d₂ и d₃ - по соответствующим диаметрам опорных поверхностей винта

(п. 5.2.2);

с₁?0,6D_нг;

с = с₂ ? (1,2…1,5)с_1.

Размеры таврового сечения корпуса определяются аналогично рассмотренному для задания № 1 (п. 12.1).

Задание № 7

Корпус домкрата рис. 12.8.

Материал - чугун марок СЧ15; СЧ18

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:

D=D_нг; D_нг - наружный диаметр гайки;

Н ? ; - высота гайки без буртика;

D₂ ? D_б; D_б- диаметр буртика гайки;

Н₄=l_раб+ (15…20)мм; l_раб - длина рабочей гайки винта;

D₃= D+ (3…5)мм;

tgг= 0.08…0.1; D₅= D₃+ 2Н₄tg г;

Диаметр D₇ определяется из условия прочности на смятие деревянной опоры, на которую ставится домкрат. Для дерева [у_см]=2…2,5Мпа.

Толщина стенки

Толщина стенки корпуса д=8…12мм. Необходимо проверить её на сжатие. Для проверки принимается сечение А-А. [у_сж]=130…150Мпа.

Толщина фланца h₁=(1,2…1,5)д

Коэффициент полезного действия винтового устройства

К.П.Д. винтового устройства

К.П.Д. винтового устройства определяется по формуле

,

где - полезная работа за один оборот винта;

- затраченная работа за один оборот винта.

Для однозаходных винтов

, Н·мм

где Р - шаг винта.

Н·мм

К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле

Библиографический список

Решетов Д.Н. Детали машин. - М. Машиностроение, 1989, -496с.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, в 3-х томах, -М.: Машиностроение, 1994г.

Орлов П.И. Основы конструирования, -М.: Машиностроение, 1988. Кн. 1. - 580с., кн. 2 - 542с.

Размещено на Allbest