
3. Розрахунок передач гвинт — гайка
Кінематичний розрахунок. У передачах (див. рис. 1, а, б) обертання гвинта (гайки) з кутовою швидкістю забезпечує поступальний рух гайки (гвинта) зі швидкістю v.
v = ωPz/(2π) = 0,5ωd2 tgψ.
Для передачі за схемою на рис. 1, в швидкість переміщення гайки визначають за формулою
v= ω(P1Z1 — Р2z2)/(2π),
де P1, z1 і P2, z2 — кроки і числа заходів різьб на двох ділянках гвинта. Якщо добутки P1z1 і P2z2 близькі за значенням, то можна дістати надзвичайно малі швидкості переміщення гайки.
Таблиця 2. Механічні властивості деяких сталей
Сталь |
σв, МПа |
σт МПа |
δ, % |
НВ |
HRC |
Вуглецева звичайної якості: |
|
|
|
|
|
Ст2 |
320—410 |
215 |
33 |
__ |
__ |
СтЗ |
360—460 |
235 |
27 |
__ |
— |
Ст4 |
400—510 |
255 |
25 |
__ |
__ |
Ст5 |
490—630 |
285 |
20 |
__ |
__ |
Вуглецева якісна: |
|||||
30 |
490 |
294 |
21 |
175 |
— |
35 |
529 |
314 |
20 |
203 |
— |
40 |
568 |
321 |
19 |
183 |
— |
45 |
598 |
363 |
16 |
193 |
— |
50 |
627 |
373 |
14 |
203 |
— |
55 |
647 |
382 |
13 |
212 |
— |
Легована термооброблена: |
|||||
50Г |
648 |
392 |
13 |
230—250 |
— |
45Г2 |
686 |
402 |
11 |
270—300 |
— |
40X |
980 |
786 |
10 |
210—230 |
— |
40XH |
980 |
588 |
11 |
240—270 |
— |
40XC |
1225 |
1080 |
12 |
— |
40—45 |
35ХГСА |
1616 |
1280 |
9 |
— |
42—48 |
Хід роботи
Вертикальний гвинт верхнім кінцем утворює поступальну пару в корпусі, а до нижнього кінця закріплюється вантаж.
Рис. 5. Кінематична схема підйомника
передачі гвинт — гайка.
При обертанні циліндричного колеса разом із гайкою гвинт здійснює поступальний рух, піднімаючи чи опускаючи вантаж.
Для підйомника треба підібрати електродвигун і розрахувати передачу гвинт — гайка за такими даними: маса вантажу (вантажність) m , кг, швидкість піднімання v, м/с
Таблиця 3. Вихідні дані для розрахунку
№ п/п |
Маса вантажу m , кг |
Швидкість піднімання v, м/с |
№ п/п |
Маса вантажу m , кг |
Швидкість піднімання v, м/с |
1 |
900 |
0,04 |
12 |
800 |
0,04 |
2 |
650 |
0,07 |
13 |
750 |
0,07 |
3 |
700 |
0,05 |
14 |
800 |
0,07 |
4 |
750 |
0,06 |
15 |
650 |
0,08 |
5 |
800 |
0,06 |
16 |
600 |
0,05 |
6 |
850 |
0,04 |
17 |
850 |
0,03 |
7 |
830 |
0,05 |
18 |
830 |
0,05 |
8 |
690 |
0,03 |
19 |
690 |
0,06 |
9 |
700 |
0,04 |
20 |
700 |
0,065 |
10 |
850 |
0,04 |
21 |
850 |
0,035 |
11 |
820 |
0,03 |
22 |
720 |
0,04 |
1. Визначення потрібних параметрів електродвигуна. Осьова сила, що навантажує гвинт
Fa = mg H
ККД приводного механізму підйомника
ηп= η1η2.
Тут орієнтовно вибрати: η1— ККД передачі гвинт — гайка; η2 — ККД циліндричної зубчастої передачі та опор циліндричного колеса і гвинта.
Потрібна потужність електродвигуна
P'дв =Fa v / ηп , Вт.
Щоб дістати самогальмівну передачу гвинт — гайка, слід орієнтуватись на малий крок різьби P = 3 мм (див. табл. 1) і число заходів z = 1. Тоді потрібна кутова швидкість гайки
ω= 2πv/(Pz) , рад/с.
Для привода підйомника можна застосувати електродвигун (вибрати марку) з номінальною потужністю Рдв , кВт і частотою обертання його вала пдв , хв-1 або кутовою швидкістю ωдв= πпдв/30 , рад/с.
Тоді передаточне число циліндричної зубчастої передачі
и=ωдв /ω
2. Проектний розрахунок передачі гвинт — гайка. Для виготовлення передачі вибрати матеріали: гвинт ……… , для якої σв , МПа, а σт , МПа (див. табл. 2); гайка …………. Допустимий тиск у контакті витків [p] , МПа. Допустимий тиск [p] назначають, виходячи з умов роботи та матеріалів гвинта і гайки. Для пари загартована сталь — бронза беруть [р] = (12...15)МПа, а при малих швидкостях ковзання у різних натискних пристроях [p] = (15...18) МПа. Для матеріалів незагартована сталь — бронза або чавун [p] = 8 МПа і [p] = 5 МПа відповідно.
У передачах гвинт — гайка, які забезпечують точні переміщення, [p] = (4...5) МПа.
У зв'язку з однобічним осьовим навантаженням гвинта вибираємо для передачі гвинт — гайка упорну різьбу.
При ɛ = H/d2 =1,2..2,0 і λ= H1/P =0,75 (для упорної різьби) середній діаметр різьби гвинта
d2
=
,
мм.
Із табл. 1 виберемо упорну різьбу з параметрами: крок різьби Р, мм; номінальний діаметр d,мм; внутрішній діаметр d1, мм; середній діаметр d2, мм.
Висота гайки
H = ɛd2 , мм.
Беремо H , мм стандартне.
Число витків у гайці
zв = H/P.
Кут підйому витків різьби за її середнім діаметром
tg ψ= Pz/(πd2);
ψ, °.
Зведений кут тертя у різьбі при коефіцієнті тертя f , для сталевих деталей без мастила f=0,12…0,15, для змащених деталей f =0,05…0,08 та при δ = 3° (для упорної різьби) за формулою
tg φ' = f/cos δ
φ' ,°.
Перевірити чи виконується умова самогальмування різьбової пари
φ' > ψ.
Визначаємо фактичний коефіцієнт корисної дії передачі гвинт — гайка при підніманні вантажу:
η1 = tg ψ/tg (ψ + φ') .
Порівняти фактичний ККД передачі гвинт — гайка з вибраними розмірами з попередньо взятим значенням.
Розрахунок передачі на стійкість проти спрацювання витків. Розрахунковий тиск у контакті витків передачі з вибраними розмірами при робочій висоті витків
H1 = 0,75P = 0,75 • 3 = 2,25 мм
p = Fa/πd2H1zв) , МПа.
Перевірити чи стійкість витків проти спрацювання забезпечується, тобто p ≤[p].
Розрахунок гайки на міцність за напруженнями зрізу у витках.
τзр = Fa/(πdkH) , МПа.
Тут k коефіцієнт повноти різьби (k = 0,87 — для трикутної різьби; k = 0,65 — для трапецеїдальної; k = 0,5 — для прямокутної). Допустиме напруження на зріз для витків гайок [τ]зр = (25...30) МПа — для гайки із бронзи і [τ]зр = (45...50) МПа — для чавунних гайок.
τзр≤[ τзр]
Розрахунок гвинта на міцність. Нижня частина гвинта знаходиться тільки під дією розтягу. Тому напруження розтягу у перерізі гвинта з внутрішнім діаметром різьби d1
σp = 4Fa/(πd12) , МПа.
Запас міцності гвинта за границею текучості
s = σт/σр,
Верхня частина гвинта (над гайкою) знаходиться тільки під дією кручення від моменту Ts сил тертя у різьбі (цей момент зрівноважується поступальною парою у корпусі):
Ts = 0,5Fad2 tg (ψ + φ') , H . мм;
τ = Ts/Wp = 16Ts/(πd13) , МПа.
Визначити чи має гвинт достатньо високий запас міцності за границею текучості при крученні:
τт = 0,6σт , МПа.