Конструирование простых винтовых устройств: Методические указания к расчетно-графической работе 1

Донской государственный технический университет Кафедра «ОКМ»

Конструирование простых винтовых устройств

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

Ростов-на-Дону 2003г.

1

Составители:

доц., к.т.н. Марисов А.Ф.

ст. преп. Сиротенко А.Н. ассистент Партко С. А. В руководстве использованы некоторые материалы предыдущего издания, составленного к.т.н., доц. Рублевым В.С., к.т.н., доц. Кушнаревым В.И. и ассистентом Грибовой М.С. УДК 621.86.06001 24 (076.-5) Конструирование простых винтовых устройств; Методические указания к расчетно-графической работе № 1/ ДГТУ. Ростов-на-Дону. 2003г. ____ с. Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения при выполнении ими расчетно-графической работы по конструированию простых винтовых устройств в процессе изучения курсов «Основы конструирования машин» и «Детали машин». В методических указаниях приводятся: алгоритм выполнения работы; анализ структурной схемы механизма для разработки требуемой формы и оценки нагружения её элементов, установления их критериев работоспособности; расчеты деталей по установленным критериям работоспособности; методика конструирования деталей, некоторые справочные материалы; литература. Печатается по решению методической комиссии Конструкторского факультета. Научный редактор к.т.н., доцент Ю.Е. Андрющенко Рецензент С

Донской Государственный Технический Университет. 2003.

2

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. 1.1.Ознакомление с конструкциями винтовых устройств типа домкратов, прессов, съемников, механизмов отвода муфт. 1.2.Освоение методики составления расчетных схем деталей винтовых устройств и определения их критериев работоспособности. 1.3.Освоение инженерных методов расчета и методики конструирования винтовых устройств. 2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Расчетно-графическая работа состоит из двух частей: пояснительной записки и графической части – чертежа ручного винтового устройства. 2.1.Оформление пояснительной записки. Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 (294х210). Записка должна содержать: - титульный лист, выполненный по принятому на кафедре образцу; - текст задания с указанием номера задания и варианта (первый лист записки); - эскиз винтового устройства с буквенными обозначениями определяемых размеров (второй лист записки); - краткое описание и назначение проектируемого устройства (третий лист); - структурную схему механизма и её анализ; - прочностные расчеты основных элементов винтового устройства; - обоснование размеров детали, принимаемых конструктивно; - определение к.п.д. винтового устройства; - список использованной литературы; - содержание. Расчеты элементов конструкции должны сопровождаться эскизами с простановкой необходимых размеров и обозначений. 2.2.Оформление чертежа. Чертеж устройства выполняется в карандаше на листе формата А2 или на ЭВМ, желательно, в масштабе 1:1. Чертеж выполняется с соблюдением требований ЕСКД с необходимым числом проекций, сечений и разрезов с простановкой габаритных, монтажных и посадочных размеров. 3. ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ.

3

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40

треуг. трапец. треуг. трапец. треуг. треуг трапец. треуг. трапец. прямоуг. трапец. упорн. прямоуг. трапец. упорн. прямоуг. трапец. упорн. трапец. прямоуг.

Осевое Тип усилие резьбы Q (кН)

Номера заданий 1,2,3,7 1 2 3 4 5 Расчетная Вылет Диаметр Диаметр Номер Ход Длина Д1, l вала подшипвинта втулки мм , мм дл. винта 1 шкива d ника lP, мм l, мм мм в lP, мм Dш, мм 65 150 207 100 150 140 30 40 65 160 307 100 150 140 30 40 65 180 208 100 150 160 35 40 65 200 308 100 180 160 35 60 80 200 209 120 180 160 40 60 80 220 309 120 200 180 45 60 80 240 210 120 200 200 50 80 80 250 310 120 220 200 50 80 260 211 140 100 220 224 55 80 200 311 140 100 220 250 60 100 220 212 140 100 250 250 60 100 240 312 140 100 250 280 65 100 250 213 160 120 250 280 65 120 260 313 160 120 300 280 70 120 220 214 160 120 300 280 70 110 240 314 160 120 300 300 75 100 250 215 180 150 400 300 75 100 260 216 180 150 500 400 80 100 220 315 180 150 600 400 85 100 240 316 180 150 700 400 80 100 Д2, Ход мм муфты lP, мм 80 120 80 130 80 140 80 150 95 160 95 170 85 180 95 190 115 200 115 210 115 220 115 230 140 240 140 250 140 260 140 270 170 280 170 290 170 300 170 310

6

80 80 80 90 90 90 100 100 100 100 100 120 120 120 120 120 120 120 140 140

а, мм

Таблица 3.1

Задание на расчетно-графическую работу выдается преподавателем указанием номеров задания и варианта. Числовые данные берутся по таблице 3.1. по заданному варианту.

4

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Вариант

6

7

8

9

10

11

12

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИНТОВЫХ УСТРОЙСТВ. 4.1.Алгоритм разработки конструкции. 4.1.1. Четко сформулировать, что требуется сделать с помощью заданной конструкции. 4.1.2. Разработать (придумать) структурную схему механизма, позволяющего выполнить поставленную задачу. 4.1.3. 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 эксплутационных 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. 4.1.4. Выбрать материал для изготовления деталей механизма и определить допускаемые напряжения для прочностных расчетов. 4.1.5. Выполнить расчеты основных параметров деталей механизма и сделать их эскизы. назначив размеры остальных элементов деталей в зависимости от полученных основных параметров. 4.1.6. 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. 4.2. Составление и анализ структурной схемы механизма. В случае, когда конструкция не типовая 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 Рраб 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 13

относительно корпуса 3 неподвижна, винт 1 относительно гайки 2 – подвижен.

14

c

6

Dб 2

k

a

5

d

k

k

Q k

n c1

Рраб

1

lсв

m

d

m

3

1

m

m b

3

c

a

Q

Q

Tоп

Tоп

d

Т

a

Тр Q

m

Dн

Рраб

1 k

d1

Тр d

k lсв

lсв

z

c1 n

hб

4

a

d

h

Q

m

1. Винт 4. Чашка 2. Гайка 5. Рукоятка 3. Корпус 6. Поднимаемый груз Рис.4.1

15

В резьбе на длине свинчивания lсв 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 Тр.

Z lсв

2

5

d

d Рраб

a

a 1

6

m

m 4

1. Винт; 2. Гайка 3. Корпус Рис. 4.2

4. Захват; 5. Рукоятка 6. Втулка, которую нужно вытащить

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 Топ, 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', 16

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 Топ (плоскость «а-а») и сопротивление в резьбе Тр. С этой целью рабочий с помощью рукоятки создает момент Траб = Рраб · l ≥ Топ + Тр Получается, что винт нагружен, кроме сжатия, крутящим моментом Топ на участке между плоскостями «а-а» и «d-d» и Тр 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 lсв 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. 5. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВИНТОВ. 5.1.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. 5.2.Определение формы и размеров винта. Сконструировать деталь значит установить её форму и размеры. 5.2.1. 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. 17

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. 5.2.2. Некоторые особенности конструкций винтов, задаваемых для разработки механизмов

Рис. 5.1.

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 dоп 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. Можно сделать его плоским, но тогда между торцом винта и чашкой нужно установить сферическую шайбу (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 12мм диаметра проточки, но меньше dоп. Чашка должна свободно «болтаться» на винте т.е. dр = dоп+ (1…2)мм и зазор δ1 =(1…3)мм.

18

Q

1

Б

А

dн

7

7

8

А

δ1

dсп

А

lн

8

lпр

dпр dсп

δ

4 dр dцн

Рис.5.2

Q

α0

1

А

7

δ2

А

dн

Б

lн

dсп

δ1

А

lхв

dпр

4 dон

Рис.5.3

dр После того как винт 1 упрется в дно чашки 4, а чашка в деталь, должен остаться зазор δ2 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. Задания № 2 и № 3 В этих заданиях (рис. 3.2 и 3.3) винты заканчиваются внизу заострением. 19

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>0,5R2. Задание № 6 Винт этого механизма устанавливается горизонтально на двух подшипниках скольжения (рис.5.4) Подшипник

l2

d4

d6

lp+Hг

1

d2

d

1

d5

l3

d1

d3

Подшипник

lБ lш

lкр

1- проточка для выхода инструмента. Рисунок 5.4 d3 = d1 - (2…4)мм. Диаметры d2 = d + (2…4)мм; Буртиком d4 винт упирается в корпус механизма d4 = 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: d6 = d5 - (2…4)мм. Между резьбовой частью винта и посадочным местом d2 и между 20

а) d1 В R2 f2

f1

А с2

с1

А

В

f1

в А–А

f2

d0

b

b

В–В

d0

Н2

Н1

Н1

б)

1 10 k

10

m

δ

lзуба

с3

с3

R1

с4

R2

с1

4 с2

hст

10 k

Dвн

m

Dн Рис. 5.5 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 21

bк

bн

Hгол

dор

зафиксирована на винте 1. Поэтому высота оси чашки должна быть больше толщины её дна на 1,5-2мм; dо=10…16мм. При нарезке резьбы на винте 1 Головка Dг нужно обеспечить выход инструменту винта (рис. 5.6). Иначе или инструмент будет поломан, или во время работы гайка заклинится и резьба её будет повреждена. dн Диаметр канавки dк берется равным внутреннему диаметру резьбы. dк Ширина канавки bк =(2..5)мм. А размер d bп = (2…3)мм. Диаметр переходного участка dп =d или Стержень на несколько миллиметров больше. винта Dг= (1,5…1,8)d – диаметр головки винта. Рис.5.6 5.2.3. 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 σ сж =

Q⋅K ≤ [σ сж ]; A

'

наименьший диаметр винта d1 =

4Q ⋅ K

π [σ сж ]

, 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; [σ сж ] – допускаемое напряжение при расчете на сжатие (растяжение);

[σ сж ] = σ

T

n

, Мпа.

σт – предел текучести, выбранного для изготовления винта материала; __________________________ *) здесь и далее все результаты вычислений обозначаются штрихом, а все окончательно принятые значения параметра - без штриха '

Например: d1 -вычислено, d1 – принято. 22

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 d1 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 d1 из соответствующего стандарта подбирается такая резьба, у которой внутренний '

диаметр d1 будет ближайшим большим к d1 . Если резьба нестандартная – прямоугольная, то параметры её назначаются. Обычно принимаются:

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

d шаг резьбы- Р = 1 ;

4

высота витка - h =

p ; 2

глубина нарезки - b =

p (рис. 4.1.б) 2

Если минимальным является диаметр проточки dпр (задания 1, 4; рис '

5.2 и 5.3), то полученное из расчета значение d1 округляется до ближайшего целого и принимается в качестве

dпр . '

Внутренний диаметр резьбы: d1 = dпр +(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. а) Определить диаметр оси d0

23

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).

Q ≤ [τ ср ] ) A 4Q , мм, d0' = π ⋅ [τ ср ] (τ ср =

Поэтому

где [τср] = (Q3…0,4)σт, МПа материала оси. '

Полученную величину d0 округляем в большую сторону до целого числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры в машиностроении»; б) Определить толщину зуба « b ». На поверхности контакта деталей ось – зуб под нагрузкой возможно смятие ( σ см =

Q ≤ [σ см ] ). Aсм

При расчетах на смятие цилиндрических поверхностей Асж = d0 ⋅ b . '

Поэтому b =

Q , мм. d0 ⋅ [σ см ]

где σ см =0,8 σ Т , МПа. Расчет ведется по менее прочной детали. Полученное значение b′ принимается равным ближайшему большему целому числу. Но делать b >15мм не нужно. в) Определить потребную по прочности на растяжение с кручением '

площадь сечения Aпотр =

QK , мм2 [σ р ]

Вычислять A 'потр до сотых без округления. г) Размеры зуба в сечении А-А (рис. 5.5.а) Толщина «b» принята ранее (п. б) Ширина H1' =

' Aпотр + bd0

b

, мм.

Округлить до ближайшего целого значения Н1. д) Размеры зуба в сечении В-В(рис. 5.5.а)

H 2'

=

' Aпотр

b

Не округляя пока, примем d1′ = H 2′ . 24

е) Параметры резьбы '

Как описано выше, по d1 либо находим параметры стандартной резьбы, либо принимаем параметры нестандартной. После этого окончательно принимаем H 2 = d1 . ж) Определить размеры С2 и С4 (рис 5.5) Размер С2 принимается так, чтобы не произошел срез по плоскостям '

«f1-f1» и «f2-f2». Поэтому C2 =

Q ,мм. 2b ⋅ [τ ср]

где [σср]=(0,3…0,4)σт, МПа. Округлить в большую сторону до ближайшего целого числа с учетом

d0 . Принять С4=(2…3)мм. 5.2.4. Проверка винта на устойчивость. Если винт сжат, то при гибкости λ≥55 его необходимо проверить на устойчивость.

λ=

µlmax i

где µ – коэффициент приведения длины, учитывающий закрепление винта в опорах; µ=1 – если оба конца винта закреплены шарнирно или один из них направляется гайкой; µ= 2 – один конец винта свободен, второй направляется гайкой; µ=0,5 – оба конца закреплены жестко. При определении µ, если винт на опорах скольжения и в каждой опоре соотношение длины цапфы винта lц и её диаметра dц

lц dц

≤ 2,

то можно считать такие опоры шарнирными (задание № 6). lmax – максимальная высота подъёма винта или наибольшее расстояние от гайки до торца винта; i – радиус инерции сечения винта.

d Для винтов можно принимать i = 1 . 4

{Строго: i =

I где A

πd14

d I= (0.375 + 0.625 ) , d1 64

A=

πd12 4

}

Условие устойчивости при действии сжимающих нагрузок 25

σ сж =

Q ≤ [σ сж ] ⋅ ϕ A

где [σ сж ] – допускаемое напряжение при расчете винта на сжатие (см. выше); φ – коэффициент понижения допускаемого напряжения. Величина φ принимается по таблице 5.1 в зависимости от гибкости винта λ. Таблица 5.1 Значение коэффициента φ в зависимости от гибкости λ Гибкость Гибкость λ Коэффициент φ Коэффициент φ λ Сталь Сталь Сталь Сталь Ст.3; Ст.5; Ст.3; Ст.4 Ст.5; Ст.4; Сталь 40 Сталь 45; Сталь 45; Сталь 40 Сталь 50 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. 5.2.5. 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 φ ≤ ρ' где ϕ = arctg α

P - угол подъёма резьбы; πd2

P и d2 – шаг и средний диаметр резьбы;

ρ ' = arctg

f

cos Рис.5.7

α

- приведенный угол трения в

2

резьбе; α – угол наклона рабочей грани витка резьбы (рис. 5.7 в качестве примера трапецеидальная резьба); f – коэффициент трения в резьбе; Принимаем fmin=0,1, что соответствует слабой смазке. 26

Угол наклона рабочей грани: α=0º - прямоугольная резьба; α=3º - упорная резьба; α=15º - трапецеидальная резьба; α=30º - 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 этого руководства. 6. КОНСТРУИРОВАНИЕ ГАЕК ВИНТОВЫХ УСТРОЙСТВ. 6.1.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. 6.2. Определение размеров гайки 6.2.1. Определение высоты гайки Высота гайки Hг=Р·Z, мм где Р – шаг резьбы; Z – число витков резьбы гайки. Число витков резьбы определяется из расчета на смятие

σ см =

Q ≤ [σ см ] Z ⋅ Aсм

где Асм – площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки (рис. 6.2)

Асм =

π

4

( D 2 − D12 ) , мм2 27

Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [σсм] 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 10…13 чугуну Сталь по стали 7…13 Сталь по бронзе оловянистой 8…13 Сталь по бронзе 7…8 безоловянистой Q Dнг

в

в

в Dнг

в

Фаска на корпусе Q

3

3

Рис.6.1

c

а

c

hб

а)

D

c Нг

c

а

D1

Dнг

Рис.6.2

28

l1

Рукоятка

D ∆k

Палец ∆k

d

Hг

D1

Dнг

d

∆k

Dнг

D1D

l1

D1

с

Рис.6.3

Нг

Рис.6.4

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

Z' =

4Q ≤ 10 2 2 π ⋅ ( D − D1 ) ⋅ [ p]

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)

τ ср =

Q ≤ [τ ср ] , π ⋅ D2 ⋅ k p ⋅ P ⋅ Z '

где [τср]=0,75[σр] – для бронзовой гайки; [τср]=0,15[σр] – для чугунной гайки; [τср]=(0,2…0,3)σр – для стальной гайки; 29

kр – коэффициент полноты резьбы: kр=0,88 для треугольной резьбы; kр=0,76 для упорной резьбы; kр=0,5 для прямоугольной резьбы; kр=0,4 для трапецеидальной резьбы. Если τср> [τср] необходимо: при Z'<10, увеличить число витков и повторить проверку; при Z'≥10, увеличить диаметр резьбы и повторить определение числа витков. '

Если τср≤ [τср], то по Z' определяется высота гайки Н г и округляется до ближайшего целого большего числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры». 6.2.2. 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

σр = и площади сечения гайки

Dнг =

Q⋅K Ap

A'p =

π 4

≤ [σ p ] . 2 ( Dнг − D2 )

4Q ⋅ K + π ⋅ D 2 ⋅ [σ p ]

π ⋅ [σ p ]

, мм.

σ где [σр]= т - для стальных и бронзовых гаек; n

σ [σр]= в - для чугунных гаек; n

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

Dнг ≥ D +10мм. 6.2.3. Определение размеров буртика гайки. Наружный диаметр. На кольцевой поверхности контакта буртика гайки и корпуса возникают напряжения смятия. Поэтому

30

σ см =

4Q

π ( Dб2

−

2 Dнг )

≤ [σ см ] .

Отсюда

Dб'

=

2 4Q + π ⋅ Dнг ⋅ [σ см ] , мм. π ⋅ [σ см ]

Здесь [σсм] = 0,8σт 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 Dб ≥Dнг+10мм. Высота буртика. Высота буртика определяется из условия прочности его на срез по плоскости «с-с» (рис. 6.2 а).

τ ср =

Q

π

⋅ Dнг ⋅ hб'

≤ [τ ср ] .

где [τср] = 20…25Мпа для бронзы; [τср] = 20…30Мпа для чугуна. '

'

Полученные значения Dб и hб - округляются до ближайших больших целых значений по ГОСТ 6636-83. 6.2.4. 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 ' = Dнг

4Q + π ⋅ D 2 ⋅ [σ см ]

π ⋅ [σ см ]

, мм.

Так как поверхности подвижны относительно друг друга [σсм] =(13…15)Мпа (сталь по стали). Затем тело гайки нужно проверить на сжатие

σ сж = где [σ сж ] =

σт n

4Q ⋅ K

'2 π ( Dнг

2

−D )

≤ [σ сж ] ,

;

Значения n и K см. п. 6.2.2. 31

Так как l1 (рис 6.3) не может быть меньше 5мм, Dн должно быть

Dнг ≥ D +(14…20)мм. '

Полученное значение D нг 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. 6.2.5. 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 Нг=(0,8-1)D, мм. Наружный диаметр принять Dнг = D +2(с+ l1 ), мм.

l1 min=5мм. сmin=3мм. 7. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЧАШЕК И ЗАХВАТОВ. 7.1.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 dн= dр+ 2(5+6+5), мм Толщина сферической шайбы (5…7)мм. Радиус сферы – R=(3…5)dоп Высота чашки определяется так, чтобы обеспечивался зазор δ1 (см. п. 5.2.2.) и соотношение δ2> δ1. Для чашек по рис. 5.3. диаметр штифта 9 принимается dш=6…8мм. Межосевое расстояние штифтов а0=dпр+dш+1мм. Остальные размеры определяются аналогично вышеизложенному. 7.2. Задания № 2 и 3.

32

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; l ; l1 ; l2 ; l3 ; h для задания № 3 –а; l ; l1 ; h6; hв. и округлить полученные размеры до целых значений по ГОСТ 6636-83; - задаться толщиной « b » - 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/Zвертикальную

F=

Q ⋅ tgγ Z

Z – число захватов съёмника: задание № 2 – Z=2; задание № 3 – Z=3; Углы β = 15…35º и α= 30…35º принимаются. Опасными сечениями являются «Б-Б» и «В-В». Напряжения в этих сечениях (в точке «а») 33

σ аБ = ±

М1 N1 + ≤ [σ р ] WБ AБ (1)

σ аВ = ±

М1 N1 + ≤ [σ р ] WВ AВ

Здесь М1 – изгибающий момент в сечении;

34

N1 – осевое усилие в сечении. Задание № 2

М1 =

Q h (l1 − )(1 + tgβ ⋅ tgγ ) ; 2 2

Q (tgγ ⋅ cos β − sin β ) ; 2 l a l tgβ = 2 ; tgγ = ; β = arctg 2 ; l1 l l1 N1 =

35

Q l1 ; 3 Q N1 = tgγ ; 3 a tgγ = ; l М1 =

Задание № 3

WБ; WВ – моменты сопротивления сечения

АБ; АВ – площади сечений

bi ⋅hi2 Wi = , мм4 6 Аi=bi·hi, мм2

σ [σр]= т ; где n=2…3 коэффициент запаса прочности. n

Если неравенства (1) не выполняются, то нужно увеличить размеры сечений захватов съёмника и (или) изменить соотношение между ними, после этого повторить расчет. 7.3. Задание № 5. Захват в съёмнике для втулок имеет форму, показанную на рис. 7.3. Сзуба

d0

с

Q/2

δ

с3

d0

Q/2

В

М

l

Dн – Сзуба

l1

Dн

Q/2

Рис.7.3

Размеры b, «с зуба», d0, с3, с2 принимаются по ранее полученным размерам зуба винта (пп. 5.2.2, 5.2.3) Ширина В≈3 b мм; 36

Dн =Dнар.вт. –2мм; Dвн =Dвн.вт.+1,0мм. где Dнар.вт. и Dвн.вт. – наружный и внутренний диаметры заданной втулки. Толщина захвата δ определяется из расчета на изгиб ( σ и =

3⋅Q ⋅l Q l , Нмм; δ = , мм, B[σ и ] 2

М =

Q/2

dп

где l =

l1

l2

Dи ⋅ Сзуба (величиной l1 2

пренебрегаем); [σи]=(0,5…0,6)σт материала пальца. 7.4. Задание № 6 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) dп≥8мм. Палец работает на изгиб, поэтому

Q/2 l Рис 7 4

dn = M=

М ≤ [σ и ] ): W

Q ⋅l ; l1 – см. п.6.2.5; 2

M ≥ 8мм 0.1[σ n ]

l=10…15мм; [σn]=(0,5…0,6) σт l2=(1,2…1,3)l;

Двн

Hч

k

400

δ Дн Допн Рис.7.5

7.5 Задание № 7. Конструкция чашки – рис. 7.5. Материалы: сталь ст.3, 20, 20Л т.п. Принять: dотв =d0 +(2…3)мм и округлить до целого четного значения. dвн =dш +(2…3)мм dш=(1,5…2) dотв. 37

Толщина шайбы –2-3мм. Диаметр dн определяется из расчета на смятие

dн'

2 4Q + π ⋅ dотв ⋅ [σ см] = ; π ⋅ [σ см]

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

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

D= dн ≥(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 δ ≥ (6...8)мм для точеных чашек и δ ≥ (8…10)мм для литых. Принятые размеры проверяются на сжатие.

4Q ≤ [σ сж ] , 2 2 π (Dопн − Dвн) где [σ сж ] = (0,6…0,8) [σ T ] материала чашки.

σ сж =

.

8. КОНСТРУИРОВАНИЕ РУКОЯТОК. 8.1.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. 8.2.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 (п.4.2.) должно быть Траб=Рраб·lрасч.≥Тр+Топ. где Рраб – усилие рабочего на рукоятке; Рраб=120-150Н при длительной непрерывной работе; Рраб=200-250Н при кратковременной (до 5мин) с большими перерывами работе; lрасч – расчетная длина рукоятки;

Тр = Q⋅

d2 tg (ϕ + ρ ') - момент сопротивления в резьбе; 2

38

d2 - средний диаметр резьбы винта;

ϕ и ρ ' – угол подъема резьбы и приведенный угол трения (п. 5.2.5.) Топ – момент трения на опорной поверхности:

Q ⋅ f ⋅ dоп (п. 5.2.2. рис. 5.2) 3 d α f = Q⋅ ⋅ ср , dср = d + l1 ⋅ tg α 2 2 sin 2

задания № 1 и 4 – Tоп = задания № 2 и 3 - Т оп

Параметры d1, l1 и α берутся из таблицы 8.1.

Таблица 8.1

Центровые отверстия (по ГОСТу 14034-68), размеры в мм * Форма 1 Dmax

Форма 2

)

d

L, не менее

l

30

4

8,4

3,4

40

5

10,6

4,3

60

6,3

13,4

5,4

80

8

17,1

7

Dmax )

d

L1, не менее

L1

30

4

9,6

4,6

40

5

12,2

5,7

60

6,3

15,2

7,2

80

8

19,1

9

*

*)

примечание Dmax – диаметр вала, с которого снимается шкив или подшипник. 39

Задания № 5 и 7: Т оп

1 Dн3 − d 3 , = Q⋅ f 2 2 3 Dн − d

где Dн – 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 – dотв, 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 =lрасч. +Dг/2+120…150мм, где Dг – 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 Рраб= (120…140)Н Радиус штурвала Rш =

Т раб

Р раб

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

Dг

Рраб

lи lи lрасч l М Рис.8.1 8.3.Определение диаметра рукоятки. Рукоятка работает на изгиб как консольная балка (рис.8.1) с вылетом lи 40

lи=lрасч.- Dг/2;

Mи=Рраб.·lи;

d 'p = 3

Mи ; 0,1 ⋅ [σ и ]

[σи]=σт/n; n=2…3. Полученный размер d ′р округлить в большую сторону по ГОСТ 6636-83. 9. 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. (1) Гайка будет неподвижна если Топ> Тр

d ' Здесь Т р = Q ⋅ 2 tg (ϕ + ρ )

(п. 8.2)

2

Dб

а

Гайка

Dнг Стопорный

винт

τ ср =

Для поверхности без смазки: f=0,15…0,18 – сталь по чугуну; f=0,18…0,3 – сталь по стали; f=0,15…0,15 – сталь по бронзе. Если Топ ≤ Тр, 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

8(Т р − Топ)

π

(рис. 6.2 а)

⋅ Dнг ⋅ d12

≤ [τ ср] ,

10. ШАРНИРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ЗАДАНИЯХ № 2 И 3. 10.1. Задание № 2. Шарнирное соединение корпуса и захвата в этой конструкции ничем не отличается от шарнирного соединения винта с захватом из задания № 5.

41

Вместо толщины зуба в расчете следует брать толщину захвата съёмника для шкивов. Усилие, действующее на ось Q/2, т.к. у съёмника два захвата. 10.2. 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:

σ см = где

Q ≤ [σ см] 3 ⋅ 0.5 ⋅ d0 ⋅ 2 ⋅ в1

Q – т.к. у съёмника три захвата; 3 0.5 ⋅ d0 – т.к. ось в пазу корпуса;

2 ⋅ в1 – толщина опорных поверхностей паза корпуса. Остальное так же как в п. 5.2.3.а, б 10.3. 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. 11. 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: - lхв – длина хвостовой части винта (рис. 5.2. и 5.3), определяется в результате конструирования чашек устройств; - lраб – длина рабочей части винта, получается как сумма высоты гайки и заданного хода винта; - вк+вп – суммарный размер проточки для выхода инструмента и переходного участка (рис. 5.6); - Нгол – высота головки винта (рис. 5.6) Нгол=(1,8…2)dр (п. 8.2); dоп=dр+(1…2)мм – диаметр отверстия под рукоятку. Задания № 2 и 3: 42

- lкон – длина конического участка нижнего конца винта; - lпер= 5…7 – длина перехода от конического участка до начала резьбовой части винта; - lраб – длина рабочей части винта, получается как сумма 0,5l, где l – размер захвата (рис. 7.1 и 7.2); Нг – высоты гайки и заданного рабочего хода винта; - (вк+вп)+ Нгол – (см. задания № 1 и 4); - плюс (1…1,5)р – запасная длина винта. Задание № 5: - (с1+с2) – размеры зуба (рис 5.5); - (Нвт) - (с1+с2+с4) – (рис 5.5), Нвт – высота выталкиваемой втулки; - Нстак. – высота стакана (п. 12.5); - Нг – 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; - lБ= 6…10мм; - lш- определяется по нормам на штурвал (см. п. 8.1); - lкр =(1,2…1,3)d6. Задание № 7: - l0 – длина оси чашки l0=δч+(1…2)мм, где δч- толщина тела чашки (п. 8.5); - Нгол- высота головки винта (см. задание № 1 и 4); - (вк+вп)- суммарный размер проточки и переходного участка (рис. 5.5); - lраб- 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. 12. КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ 12.1. Задание № 1. Корпус пресса рис 12.1.а. Корпус пресса изготовляется отливкой из чугуна марок СЧ15; СЧ18 или из стали марок 35Л; 40Л; 45Л. 43

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

'

Н≥ Н г ;

Н г' - высота гайки без буртика;

l = lраб +hб +lн, где lраб - заданный рабочий ход винта; hб - высота буртика гайки; 44

5.2);

lн - размер от нижней поверхности чашки до начала резьбы винта (рис. l1 – заданный вылет оси винта пресса; Dз = Dн +2мм, Dн – наружный диаметр чашки (рис. 5.2); D4 =(3…4)Dз

45

46

Dз = Dн +2мм, Dн – наружный диаметр чашки (рис. 5.2); D4 =(3…4)Dз 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)δ и в/а=1,2…1,5. Опасным является сечение А-А (рис 12.1) в котором действуют суммарные напряжения σ = ± σи + σр ≤ [σр], где σ и = ±

МА , Н/мм2; WA

σр =

Q , Н/мм2, A

Изгибающий момент: М=Q·lм, Нмм lм – расстояние от оси винта до центра тяжести сечения. WА – момент сопротивления сечения относительно центральной оси Ус (рис. 12.1 б); А – площадь сечения Моменты сопротивления WY и WY : 1

WY1 =

J yc (b + h2) − xc

2

, WY = 2

J y2 xc

,

где Jус – момент инерции сечения относительно центральной оси; хс – расстояние от оси у до центра тяжести сечения

хс =

А1 ⋅ х1 + А2 ⋅ х2 , А1 + А2

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 Ус

J yc = J y1 + a12 ⋅ A1 + J y2 + a22 ⋅ A2 , где J y , J y - момент инерции относительно центральных собственных 1

2

осей у1 и у2, соответственно

J y1

a ⋅ h2 h2 ⋅ b3 ; Jy = = 2 12 12

а2 = х2 - хс. а1 = хс - х1; Величины допускаемых напряжений: для чугуна [σ]р=40…60Мпа, [σ]=130…150Мпа; для стали [σ]р ≈[σ] =90…110Мпа. 47

12.2. 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=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; dоси= d0; d0 – диаметр оси; '

'

Н ≥ Н г ; Н г – высота гайки без буртика; lз – по заданному диаметру шкива и конструкции захвата; В ≥ Dб; Dб- 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.

σи = где М =

Q ⋅ l3 , Нмм; 2

М ≤ [σ и ] , W

H2 3 W = ( B − D) , мм ; 6

[σ n ] =

σт n

, 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). 12.3. 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=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; '

'

Н ≥ Н г ; Н г – высота гайки без буртика; δ =δ1=в; в – толщина захвата; Dк ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; l1=30…40мм (п. 10.2) l2 – определяется по наружным диаметрам заданного подшипника; 48

вn=d0; 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.

МА ≤ [σ и ] , WА Q ⋅ (l2 − l1) где М А = , Нмм – изгибающий момент; 3 H2 δ ⋅ d02 (B − б) − 2 WA = т.к. сечение ослаблено пазом под захват 6 6

Сечение А-А

и

σи =

пазами под ось; [σи] – см. п.12.2. Сечение Б-Б. Расчетная схема – балка несимметрично нагруженная (рис. 12.4)

Q ⋅ l2 , Нмм; МБ = 3

H2 W = (Dk − D) , мм3 6

12.4. Задание № 4. Корпус пресса для гибки труб рис 12.6. Материал – сталь 35Л; 40Л. Размеры, определяемые по заданным или полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки;

H ≥ Н г' ; Н г' – высота гайки без буртика; Dк ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; l=lраб+hб+ lн, где lраб- заданный ход винта; hб- высота буртика гайки (п. 6.2.3); lн – 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 М А =

σА = ±

Q⋅r , Нмм; 2

МА Q + ≤ [σ p ] , WА 2 A

49

b ⋅ a2 ; WA = 6 [σр]= σт/n где n=1,5…2. Сечение Б-Б.

МБ ≤ [σ и ] WБ Q ⋅ (l + с)

σБ = ± МБ =

4

, Нмм;

H2 WБ = (Dk − D) , мм3 6

[σи] – см. п. 12.2. 12.5. 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 ≥ Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; D3 =Dнар.вт +5мм; Dнар.вт – наружный диаметр выталкиваемой втулки; δ≥5мм; D4 =D3+2δ; h=(1,3…1,5)δ Н=l; l- длина выталкиваемой втулки; Н1= Н+ h+ (3…5)мм. Толщина стенки δ проверяется на сжатие. Остальные размеры определяются конструктивно. 12.6. Задание № 6. Корпус механизма отвода муфты рис. 12.7. Материал – см. 12.1. Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам; L1=lр+Нг+20мм (20мм- толщина стопорного кольца); d2 и d3 – по соответствующим диаметрам опорных поверхностей винта (п. 5.2.2); с1≥0,6Dнг; с = с2 ≥ (1,2…1,5)с1. Размеры таврового сечения корпуса определяются аналогично рассмотренному для задания № 1 (п. 12.1). 12.7. Задание № 7. 50

Корпус домкрата рис. 12.8.

51

52

Материал – чугун марок СЧ15; СЧ18 Размеры, определяемые по заданным и полученным параметрам: D=Dнг; Dнг – наружный диаметр гайки; '

'

Н ≥ Н г ; Н г – высота гайки без буртика; D2 ≥ Dб; Dб- диаметр буртика гайки; Н4=lраб+ (15…20)мм; lраб – длина рабочей гайки винта; D3= D+ (3…5)мм; tgγ= 0.08…0.1; D5= D3+ 2Н4tg γ; Диаметр D7 определяется из условия прочности на смятие деревянной опоры, на которую ставится домкрат. Для дерева [σсм]=2…2,5Мпа. Толщина стенки Толщина стенки корпуса δ=8…12мм. Необходимо проверить её на сжатие. Для проверки принимается сечение А-А. [σсж]=130…150Мпа. Толщина фланца h1=(1,2…1,5)δ 13. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ВИНТОВОГО УСТРОЙСТВА. 13.1. К.П.Д. винтового устройства К.П.Д. винтового устройства определяется по формуле А η = пол , Азатр где Апол – полезная работа за один оборот винта;

Азатр – затраченная работа за один оборот винта. Для однозаходных винтов Апол = Q ⋅ P , где Р – шаг винта.

Азатр = 2 ⋅ π ⋅ Т рук

13.2. К.П.Д. винтовой пары К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле

ηв.п. =

tgϕ tg (ϕ + ρ ')

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 1. Решетов Д.Н. Детали машин. – М. Машиностроение, 1989, -496с. 2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, в 3-х томах, -М.: Машиностроение, 1994г. 3. Орлов П.И. Основы конструирования, -М.: Машиностроение, 1988. Кн. 1. – 580с., кн. 2 – 542с. 53