Проектирование передачи винт-гайка для распорного домкрата

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Механико-машиностроительный факультет

Кафедра машиноведения и деталей

машин

РАСПОРНЫЙ ДОМКРАТ

Пояснительная записка

к курсовой работе

Студент __________________ Данилов В.В.

Группа       3042/1

Преподаватель _____________ Тарасенко Е.А.

                        «___»_________2011 г.

Санкт-Петербург

2011г.

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные. 3

Введение. 4

1.  Проектировочный расчет винта. 5

1.1 Расчет винта из критерия работоспособности. 5

1.2 Расчет винта на статическую прочность. 6

2. Проверочный расчет винта. 9

2.1Расчет винта на устойчивость при сжатии. 9

3. Расчет основных параметров гайки. 11

3.1. Расчёт диаметра гайки. 11

3.3. Расчёт диаметра бурта. 12

3.4. Расчет бурта на срез. 12

3.5. Расчёт витков резьбы на срез. 13

4. Расчёт размеров рукоятки. 14

Результаты расчета передачи винт гайка. 15

Литература. 16

Исходные данные

 

Наименование	Значение
Наибольшая сила распора, кН	15
Наибольшее осевое перемещение одного винта, мм	350
Режим работы	повторно-кратковременный
Тип резьбы	трапецеидальная
Материал винтов, термообработка	Ст4	нормализация
Материал гаек	безоловянистая бронза
Особые указания

Введение

 Общие сведения о передаче винт-гайка

          Передача винт-гайка – это механическая передача, предназначенная для преобразования вращательного движения в поступательное. Она обеспечивает большой выигрыш в силе и высокую точность перемещений. Применяется в подъёмно-транспортных машинах (домкраты, печные толкатели), в станках (механизмы подачи), измерительных приборах (механизмы точных перемещений, регулирования и настройки), в прокатных станах (нажимные винты), в винтовых прессах и других машинах.

Достоинством рассматриваемой передачи является простота конструкции, её компактность и надежность в работе. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий КПД.

В данной передаче используется Трапецеидальная резьба: она обладает высокой прочностью витков, технологична, имеет высокий КПД и может применяться при реверсивной нагрузке.

Винт и гайка должны составлять прочную и износостойкую антифрикционную пару. Исходя из этого винт изготовим из стали Ст4 нормализованной. Для изготовления гаек применяют бронзы и антифрикционные чугуны. Используем в качестве материала гайки  безоловянистую бронзу Бр. АЖ 9 - 4.

1.  Проектировочный расчет винта

1.1 Расчет винта из критерия работоспособности

Задачей раздела является определение параметров резьбы винта. Практикой установлено, что основной причиной выхода из строя передачи винт-гайка является изнашивание резьбы. Критерием проектировочного расчёта является износостойкость. Условие работоспособности по критерию износостойкости может быть записано в виде

р[р]

где р – среднее давление на поверхности резьбы. [р] – допускаемое давление для данного сочетания трущихся материалов. Выберем материалы винта и гайки: винт изготовлен из незакалённой стали, а гайка из безоловянной бронзы, поэтому [р]=6 МПа.

На рис.1 изображены основные праметры винта:

d-номинальный (внешний) диаметр резьбы;

d2-средний диаметр резьбы;

d3-внутренний диаметр резьбы;

Р- шаг резьбы; Hг –высота гайки ;

Fд- грузоподъемность механизма;

Введём коэффициенты:

=Н₁/Р , где,  - отношение рабочей высоты профиля к шагу резьбы;

= 0,5 (для трапецеидальной резьбы)

=Н₂/d₂ , где,  - коэффициент высоты гайки.

 обычно принимается в пределах от 1,6 до 2,5. Примем  = 2,5 (для домкратов рекомендуется принимать  = 2,5).

          Определим средний диаметр резьбы:

В соответствии с ГОСТ  10177-82 находим параметры резьбы винта, обеспечивающие износостойкость данной винтовой пары:

d = 30 мм, d₂ =27 мм, d₃ = 23 мм, p =6 мм;

Найдем высоту гайки:

Проверим выполняется ли условие z<=[z]=12, где z – количество витков:

1.2 Расчет винта на статическую прочность

Принятые размеры винта должны обеспечивать его прочность и устойчивость (если винт сжат). При ручном приводе, когда число циклов перемен напряжений за весь срок службы невелико, можно ограничиться расчетом винта на статическую прочность.

Стержень винта нагружен осевой силой и крутящим моментом.

Эпюры продольных сил и крутящих моментов для винта домкрата представлены на рис. 2.

Рис. 2. Эпюры продольных сил и крутящих моментов винта

На рис. 2 отмечено положение I-I – опасного сечения винта.

Условие прочности винта следующий имеет вид

где S – коэффициент запаса прочности; [S] – минимально допустимый запас прочности; s_Т- предел текучести; s - нормальное напряжение; t - касательное напряжение.

Нормальное и касательное напряжения определяются с учётом диаметра d₀ винта в опасном сечении, который для домкрата принимается равным d₀=d₃ , где d₃ – внутренний диаметр винта резьбы.

Минимально допустимый запас прочности [S] обычно находится в пределах от 2 до 3, причем большие значения относятся к винтам домкратов, где имеется большая вероятность внецентрального приложения осевой нагрузки.

Выберем минимально допустимый запас прочности [S]=2,5.

Для стали Ст.4 табличное значение s_Т=250 МПа.

Определим момент сил сопротивления в резьбе.

Коэффициент трения для винтовой пары сталь-бронза f=0,17, α₁=15⁰

Площадь сечения А-А определяется как

Известно, что

Найдем - касательное напряжение

, где Т_р- момент в резьбе винта

- полярный момент сопротивления для круглого сечения:

Тогда касательное напряжение будет равно:

Проверим условие прочности винта.

В ходе выполнения расчеты мы выяснили, что винт обладает необходимой прочностью.

2. Проверочный расчет винта

2.1Расчет винта на устойчивость при сжатии

Принятые размеры винта должны обеспечивать его устойчивость (если винт сжат). Проверка винта на устойчивость производится по следующей формуле:

Минимально допускаемый запас устойчивости принимается [S_y] =2

Величина критической силы F_kp=, определяется в зависимости от гибкости винта

где А_в-  площадь поперечного сечения винта,

J- приведенный момент инерции сечения винта

Расчётная длина сжатого винта l_p:

Коэффициент приведения длины =2

          Для стали Ст.4 =96, =69

Т.к. , то расчет на устойчивость следует производить по формуле Эйлера:

Определим значение коэффициента запаса:

В ходе расчета мы установили, что винт обладает необходимым запасом устойчивости, т.к. S_у > [S_у].

3. Расчет основных параметров гайки

Рис. 3. Основные параметры гайки

3.1. Расчёт диаметра гайки

Диаметр гайки D_Г определяется из условия прочности на растяжение

где для бронзы Бр. АЖ 9 – 4 =500 МПа, [S]=2, а А_Г  – площадь сечения гайки, имеющего форму кольца, площадь которого вычисляется по формуле:

Теперь из ранее представленных формул выразим и рассчитаем наименьший диаметр гайки: 

При этом при расчете наружного диаметра гайки следует иметь