Расчет и проектирование винтового и силового устройства

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский государственный горный институт

(технический университет) им. Г. В. Плеханова

Расчетно-графическое задание №2

            Кафедра КГМ и ТМ

Дисциплина: ______________прикладная механика ___________________

^{(наименование дисциплины согласно учебному плану)}

Тема: Винтовое и силовое устройство. Расчет и проектирование.

Выполнил: студент гр. ТО-02  _____________ /Борзенков А.А./

^{(подпись)                         (Ф.И.О.)}

Оценка: __________

Дата: _____________

Проверил:  Преподаватель ________________ / Прялухин А.Ф./

     ^{(подпись)                               (Ф.И.О.)}

С.-Петербург

2004

Вариант№19

                                                       Задание:

1)  Рассчитать винтовое и силовое устройство-“винт и гайка”.

2)  Спроектировать домкрат.

3)  Выполнить чертеж домкрата на листе формата A₃ или A₂.

4)  Показать фрагмент резьбы в масштабе 5:1.

Дано:

Резьба винтовой пары	FА, кН	Высота подъёма, м	Материал
			винта	рукоятки	гайки
Прямоугольная	88	0,20	Ст4	20	СЧ25(1412-79)

Структурная схема передачи:

Передача винт-гайка кинематически представляет собой винтовую пару, состоящую из винта, приводимого во вращение рукояткой, и гайкой.

 

                            1

                                                       2

                                                                                                  3

1 – винт

2 – гайка

3 – рукоятка

Основное назначение передачи “Винт гайка” преобразование вращательного движения в поступательное.

Передачи применяют в домкратах, прессах, металлорежущих станках, прокатных станах, грузоподъемных механизмах (устройство для изменения вылета стрелы кранов).

Значительно реже передача “Винт гайка” применятся для преобразования поступательного движения во вращательное (эту передачу используют, например, в ручных деталях).

В передачах “Винт гайка” в основном применяют трапецеидальную и упорную, вторую - при передачи больших односторонних усилий.

В домкратах и прессах иногда используются нестандартная прямоугольная (ленточная) резьба.

Она обеспечивает несколько больший выигрыш в силе и более высокий КПД, чем стандартные резьбы, но её нельзя обрабатывать фрезерованием и шлифованием и прочность её витков ниже, чем у трапецеидальной резьбы. Кроме того, у прямоугольной резьбы при износе получается неустранимый “мертвый ход”, у трапецеидальной резьбы его можно устранить разрезными стяжными гайками.

Передачи “Винт-Гайка” имеют две основные разновидности: передачи с трением скольжения и передачи с трением качения (шариковинтовые пары).

Расчет грузового винта

Износостойкость  - является основным критерием работоспособности винтовой пары, ограничиваемая допускаемым удельным давлением на рабочей высоте профиля резьбы.

Расчет по этому критерию сводится к ограничению давления между поверхностями резьбы винта и гайки. Иногда указанный расчет называют расчетом на невыдавливание смазки.

Другим критерием работоспособности служит прочность винта, работающего в подавляющем большинстве случаев на сжатие и на кручение, в некоторых конструкциях винт дополнительно испытывает изгиб.

К критериям работоспособности винтовых механизмов можно отнести также прочность гаек, рукояток, штурвалов, дополнительных элементов, например винтов для стопорения гаек.  

а) определяем средний диаметр резьбы винтовой пары:

максимальная осевая нагрузка.

коэффициент высоты гайки.

коэффициент рабочей высоты витка.

допускаемое удельное давление в винтовых парах, МПа.

б) определяем шаг резьбы:

ПО ГОСТу 9484-73: P=16 (мм), d₂=67 (мм);

Так как прямоугольная резьба не стандартизирована, то параметры данной резьбы определяются по следующим формулам:

  радиальный зазор.

в) проверяем стандартные параметры резьбы на самоторможение:

                                              

где - угол подъёма резьбы; f- коэффициент трения;                                               =- угол трения для резьбы; - угол профиля резьбы;

=

==

                                             

г) определяем коэффициент запаса продольной устойчивости:

, где допустимый коэффициент запаса

                                           - критическая нагрузка,H

д) определяем гибкость винта:

 где коэффициент качества опор.

                                    предельная (свободная) длина винта.

                                    радиус инерции сечения винта, м.

 д.1)  определяем радиус инерции сечения винта:

д.2) определяем момент инерции сечения винта:

d - наружный диаметр ;  d1 - внутренний диаметр

д.3) определяем площадь поперечного сечения винта:

;

. Так как дальнейший расчет на продольную устойчивость не проводится.

е) определяем коэффициент запаса статической прочности:

, где предел текучести материала винта, МПа

                                           эквивалентные напряжения в опасном сечении винта, МПа                                допускаемый запас статической прочности,      

Расчёт грузовой гайки

а) определяем посадочный диаметр:

, где 1,33 –коэффициент, учитывающий деформацию кручения резьбовой пары

                                                             допускаемое разрывное напряжение для материала гайки,                                                                                           [] = 30  40 МПа 

                                                              D₄-внутренний диаметр резьбы гайки, мм 

б) определяем высоту гайки в (мм) и общее количество витков резьбы соответственно:

,

в) определяем диаметр опорного заплечика гайки:

, где D_R-диаметр галтельного перехода гайки, мм: D_R=D_r+2R

                                               R-радиус галтельного перехода: R=1(мм)

                                               .

D_R=D_r+2RD_R=100+2*1=102 (мм).

 

г) определяем высоту опорного заплечика гайки:

 

=

д) определяем деформацию среза:

[] – допускаемое напряжение среза, МПа

Для чугунных гаек -

е) определяем момент в резьбе:

ж) определяем момент в кольцевой пяте:

 - приведённый диаметр кольцевой пяты

 - коэффициент трения в кольцевой пяте винта

з) определяем момент на опорной поверхности заплечика:

 - приведённый диаметр опорной поверхности заплечика

 - коэффициент трения между заплечиком гайки и корпусной деталью

и) определяем расчётную длину рукоятки:

F0 – усилие рабочего, F0=150 – 300 H;   – число рабочих; = 1- 2

–коэффициент, учитывающий несогласованность действий, =1–0,8;

[L]–предельная длина рукоятки, [L]=0,8м

Так как данное условие не выполняется, то предусматривается удлинитель или улучшают фрикционные свойства винтовой пары.

к) определяем расчётный диаметр рукоятки: