Расчет и проектирование съемника для шкивов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Цели и задачи работы

1. Конструирование винтовых устройств

2. Конструирование винтов

3. Конструирование гаек винтовых устройств

4. Конструирование чашек и захватов

5. Конструирование рукояток

6. Стопорные винты

7. Определение линейных размеров винта

8. Корпусные детали

9. Коэффициент полезного действия винтового устройства

Цели и задачи работы

Ознакомление с конструкциями винтовых устройств типа домкратов, прессов, съемников, механизмов отвода муфт.

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

Освоение инженерных методов расчета и методики конструирования винтовых устройств.

1. Конструирование винтовых устройств

Рабочий, прикладывая к рукоятке 4 усилие Р_раб на расстоянии l от оси вращения, заставляет винт 1 вращаться в неподвижной гайке 2 и, преодолевая действие силы Q сопротивление снятию шкива 5, снимает его. Таким образом, гайка 2 относительно корпуса 3 неподвижна, винт 1 относительно гайки 2 подвижен.

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

Винт 1 вращается, в плоскости стыка «d-d» вала 5 и головки винта действует момент сил трения Т_оп препятствующий движению.

рис. 1 1. Винт 2. Гайка 3. Корпус 4. Рукоятка 5. Шкив на валу

На головку винта 1 по плоскости контакта «d-d» передается сила Q сопротивление снятию шкива 5. С другой стороны, винт 1 опирается своими нитками на длине свинчивания на витки резьбы гайки (рис. 1.). Так как каждому действию есть равное и противоположно направленное противодействие, в витках резьбы гайки 2 возникает опорная реакция Q', направленная вниз и действующая на винт (рис.2). Поэтому участок винта между валом 5 и гайкой 2 сжат. Эпюра сжимающих сил Q приведена на рис.2.

Рис. 2

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

2. 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. Выбираем сталь 40.

Определение формы и размеров винта

Сконструировать деталь значит установить её форму и размеры.



Рис. 3

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. Основной элемент конструкции винта 1 (рис 1.) - стержень с резьбой. В верхней части этого стержня должна быть головка с поперечным отверстием, в которое свободно вставляется рукоятка 4. Эскиз винта - рис. 3.

При нарезке резьбы на винте 1 нужно обеспечить выход инструменту. 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 деформации:

;

МПа

наименьший диаметр винта

мм

(принимаем значение, равное 21,586мм );21,586; =32; =27,500; мм;

Так как резьба по заданию стандартная упорная, то по полученному значению d1 из соответствующего стандарта подбирается такая резьба, у которой внутренний диаметр d1 будет ближайшим большим к d1.

где К - коэффициент, учитывающий скручивание винта;

А - площадь винта в опасном сечении;

-допускаемое напряжение при расчете на сжатие (растяжение).

, МПа

МПа

- предел текучести, выбранного для изготовления винта материала;

n - коэффициент запаса прочности.

Полученное значение допускаемого напряжения нужно округлить до целого числа в меньшую сторону. Значение d'₁ вычисляется с точностью до сотых долей.

Если минимальным является внутренний диаметр резьбы винта и резьба по заданию стандартная, то по полученному значению d'₁ из соответствующего стандарта подбирается такая резьба, у которой внутренний диаметр d₁ будет ближайшим большим к d'_1.

d₁ - округляется до целого четного числа в большую сторону и принимается как внутренний диаметр.

Проверка винта на устойчивость.

Если винт сжат, то при гибкости 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;

l_max - 300мм - максимальная высота подъёма винта или наибольшее расстояние от гайки до торца винта;

i - радиус инерции сечения винта.

Для винтов можно принимать мм.

Условие устойчивости при действии сжимающих нагрузок

;

МПа

где - допускаемое напряжение при расчете винта на сжатие;

- коэффициент понижения допускаемого напряжения

Величина принимается в зависимости от гибкости винта .

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 ,

- угол подъема резьбы;

P и d₂ - шаг и средний диаметр резьбы;

- приведенный угол трения в резьбе;

- угол наклона рабочей грани витка резьбы;

=3°-упорная резьба;

f - коэффициент трения в резьбе;

Принимаем f_min = 0.1, что соответствует слабой смазке.

Чтобы завершить конструкцию винта нужно определить его линейные размеры. Для этого нужно знать размеры гайки и некоторых других деталей, пока ещё неизвестные.

3. 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. Гайка, чаще всего, вставляется в корпус механизмами под действием нагрузки висит на буртике (рис. 8). Она выполняется как отдельная деталь из антифрикционного материала (рис. 6). Выбираем материал для изготовления гайки Ст.3.

Определение размеров гайки

Определение высоты гайки

Высота гайки мм

где Р - шаг резьбы

Z - число витков резьбы

Число витков резьбы определяется из расчета на смятие:

,

МПа

где А_см - площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки

,

мм²

Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением, сталь по стали( = 7….13МПа).

Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать 2 больше не имеет смысла, Поэтому

,

витков.

Полученное число витков проверяется на срез по плоскости «а-а» (рис. 4)

Рис. 4

,

МПа

где - для стальной гайки

- для упорной резьбы.

Если то по определяется высота гайки и округляется до ближайшего целого числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры». Принимаем значение равное 20 мм.

Определение наружного диаметра гайки

Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв ей по плоскости «в-в» (рис. 8).

Рис. 8

Из условия прочности на растяжение с кручением для стальных и бронзовых гаек

=мм

Принимаем =45мм.

где 68,5МПа - для стальных гаек;

k = 1.3 - коэффициент, учитывающий скручивание

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

,

Определение размеров буртика гайки

Наружный диаметр

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

=мм

Примем значение D_б равное 55 мм.

Здесь = 80МПа, 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 , мм.

Высота буртика

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

,

мм

Принимаем значение равное 5 мм

МПа

где = 40МПа для стали.

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

4. Конструирование чашек и захватов

Конструирование захвата

Захватами нужно «ухватится» за ступицу шкива. Поэтому они имеют форму крючка - рис. 9

Материал: Сталь 45.

Размеры захвата определяем конструктивно, а затем проверим их на прочность в опасных сечениях.

l = 137мм; l1 =64мм; h1 = 29м; h2 = 29мм; b1 = 23,3мм; b2 =23,3мм.

Рис. 9

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

Схема нагружения захвата, эпюры изгибающих моментов и осевых сил представлены на рис. 9, где:

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

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

Z - число захватов съемника.

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

Напряжения в этих сечениях:

Здесь Мl - изгибающий момент в сечении;

Nl - осевое усилие в сечении.

WБ, WВ - моменты сопротивления сечения



АБ, АВ - площади сечений

5. Конструирование рукояток

Материалы для изготовления рукояток и штурвалов.

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

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

Материал: Ст. 45

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 должно быть

,



где Р_раб - усилие рабочего на рукоятке;

Р_раб = 200…250 Н при кратковременной (до 5 мин.) с большими перерывами в работе

l_расч - расчетная длина рукоятки

- момент сопротивления в резьбе;

d₂ - средний диаметр резьбы винта;

и - угол подъема резьбы, и приведенный угол трения

Т_оп - момент трения на опорной поверхности:

где f - коэффициент трения сухой поверхности

f = 0,18…0,3 - сталь по стали.

Полная длина рукоятки l

, мм

где D_r - диаметр головки винта

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

Определение диаметра рукоятки

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

, мм

,

, мм

МПа,

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

Принимаем значение равное 16мм.

7. Определение литейных размеров винта

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

Длина винта складывается из длин следующих участков:

- l_кон = 11мм - длина конического участка нижнего конца винта.

- l_пер = 5мм - длина перехода от конического участка до начала резьбовой части винта.

- Н_гол = 48 - высота головки винта

- (в_к +в_п) = 8 - суммарный размер проточки и переходного участка

- l_раб = 372 мм - длина рабочей части винта, получается как сумма 0,5l, где l-размер захвата, 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. Примем значение длины винта равным 400мм.

Шарнирные соединения

Ось с захватом может перемещаться по пазу в корпусе съёмника. Таким образом, съёмник настраивается на размер снимаемого шкива.

Принимаем 14мм.

[]=145МПа

Длину оси принимаем равной 80 мм.

8. Корпусные детали

Корпус съёмника для шкивов

Материал: Сталь 45

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:

D=D_нг=45; D_нг - наружный диаметр гайки;

Н₃ =20мм Н_г; Н_г - высота гайки без буртика;

D₂ =55 D_б; D_б - диаметр буртика гайки;

; в - толщина захвата;

-по заданному диаметру шкива и конструкции захвата;

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

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

где - изгибающий момент;

т.к. сечение ослаблено пазами под захват и ось;

винт съёмник захват резьба

9. Коэффициент полезного действия винтового устройства

К.П.Д. винтового устройства

К.II.Д. винтового устройства определяется по формуле

где А_пол - полезная работа за один оборот винта;

А_затр - затраченная работа за один оборот винта.

Для однозаходных винтов

А_пол== кН мм,

где Р - шаг винта.

А_затр== Н мм,

К.П.Д. винтовой пары

К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле

Размещено на Allbest.ru