Материал: Конструирование простых винтовых устройств

Условие выполняется τср≤ [τср].

3.2.1 Определение наружного диаметра гайки

Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв её по плоскости «в-в» (рис. 3.1). Из условия прочности на растяжение с кручением

.

и площади сечения гайки

, мм.

где [σр]= - для стальных и бронзовых гаек;- 2,5…3,5 - коэффициент запаса прочности;=1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.

[σр]=

.

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

+10мм.

30 мм

Площадь сечения гайки: мм2.

Тогда

Условие прочности на растяжение с кручение выполняется

3.3 Определение размеров буртика гайки

Наружный диаметр.

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

.

Отсюда

, мм.

Здесь [σсм] = 0,8σт т.к. контактирующие детали неподвижны.

Диаметр буртика:

На входе в расточку корпуса (рис. 3.1) для того, чтобы удобнее было вставлять гайку, выполняется фаска. Поэтому ширина опорного кольца буртика не может быть меньше 5мм.

С учетом этого Dб ≥Dнг+10мм.б30+10б=40 мм;

Напряжение смятия:

Условие напряжение смятия выполняется:

3.3.1 Высота буртика

Высота буртика определяется из условия прочности его на срез по плоскости «с-с» (рис. 3.2 а).

.

где [τср] = 20…25 Мпа для стали;

Q=11 мм- осевое усилие;

=20 мм -наружный диаметр гайки.

Тогда =11.67 МПа.

Условие прочности выполняется

4.     

4. Конструирование чашки

Конструкция чашки - рис. 4.1.

Материалы: сталь ст.3, 20, 20Л т.п.

Принимаем материал чашки ст. 20

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

Dн=16+3=18 мм

Dопн=(1,5…2) dотв.

Dопн=1.5*18=27 мм

Dвн =Dопн +(2…3)мм

Dвн=27+3=30 мм

Рис. 4.1.

Толщина шайбы -2-3мм.

Принимаем толщину шайбы 3 мм.

Диаметр dн определяется из расчета на смятие

;

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

=

Диаметр головки винта:г= (1,5…2)d,

где d - диаметр винта.

Dг==(2…3)мм (рис. 4.1.).

Толщиной стенки удобнее задаться, а потом проверить её на прочность. По условиям изготовления и эксплуатации δ ≥ (6...8)мм для точеных чашек.

Принимаем толщину стенки чашки 8 мм.

Принятые размеры проверяются на сжатие.

,

где = (0,6…0,8) материала чашки.

=255 МПа

=0.8*245=196 МПа

=

5.     

5. 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.

Принимаем материал рукоятки ст.3

.1 Определение длины рукоятки и радиуса штурвала

С помощью рукоятки рабочий создает момент Траб для преодоления сопротивления в резьбе Тр и на опорной поверхности чашки или торца винта, или гайки - Топ .

Траб=Рраб·lрасч.≥Тр+Топ.б

где Рраб - усилие рабочего на рукоятке;

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

перерывами работе;

расч= - расчетная длина рукоятки;

 - момент сопротивления в резьбе;

=18.376 мм- средний диаметр резьбы винта;

=2.5919 и =6.58 - угол подъема резьбы и приведенный угол трения.

Tр=

Топ.б - момент трения на опорной поверхности:

,

где Dвн= - наружный диаметр опорной поверхности ( рис.4.1.)

d - внутренний диаметр опорной поверхности ( Dопн, рис.4.1.)- коэффициент трения сухих поверхностей= 0,18…0,3 - сталь по стали.

Tоп.б =.

Тогда Траб=238*200

Траб=47629)

5.2 Полная длина рукоятки

Полная длина рукоятки l (рис. 5.1)

Рис. 5.1

=lрасч. ++(120…150),

где Dг=30 мм - диаметр головки винта

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

Полная длина рукоятки l=

.3 Определение диаметра рукоятки

Рукоятка работает на изгиб как консольная балка (рис.5.1) с вылетом lи

и=lрасч.- Dг/2; Mи=Рраб.·lи;и=; Mи=200*238= 47600 Н*мм;

Диаметр рукоятки: ;

где[σи]=σт/n; n=2…3.

Для стали ст3 предел текучести ;

[σи]=;

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

6.     

6. Стопорные винты

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

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

Топ.б=

Гайка будет неподвижна если Топ.б > Тр

Здесь  (п.3.2.1.) (рис. 3.2 а)

Tр=

Гайка будет неподвижна так как Топ.б > Тр

7.     

7. 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- длина оси чашки l0=δч+(1…2)мм, где δч- толщина чашки;=8+2=10 мм

8.     

8. Корпус домкрата

Корпус домкрата рис. 8.1.

Материал - чугун марок СЧ15; СЧ18

Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам:=Dнг; Dнг - наружный диаметр гайки;

D=30 мм;

Н ≥ ;  - высота гайки без буртика;

Н=20 мм;≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки;=40 мм

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

Н4=220+20=240 мм;= D+ (3…5)мм;=20+4=24 мм;

Рис. 8.1

= D3+ 2*Н4* ;

Где tgγ= 0.08…0.1;

Тогда D5=24+2*240*

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

D7==

Толщина стенки корпуса δ=8 мм. Толщина фланца h1=(1,2…1,5)δ

h1=1.2*8=9.6

9.     

9. Коэффициент полезного действия винтового устройства

9.1 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=2.5 - шаг винта;

Q=11 кН - осевое усилие.

Тогда =11*2,5=27,5 Н*мм

Н*мм;

=2*3,14*5=31.4 Н*мм.

Тогда ????=

9.2 К.П.Д. винтовой пары

К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле

;

Список литературы

1.      Методические указания к расчетно-графической работе № 1 по курсу «Основы конструирования машин»