4 Виконання проектних розрахунків окремих деталей пристрою на міцність
4.1 Визначення параметрів силового гвинта пристрою
Визначення середнього діаметру нарізки силового гвинта 3( рис.2) ведеться за формулою:
,
мм (4.1.1)
де: Fр – сила розпресовування, методика її визначення показана у формулі 2.4; Fр = 4019 Н;
Ψн – коефіцієнт висоти гайки, для цільних гайок по [3, с. 18] Ψн=1,2 ÷ 2,5;
для розрахунків приймаємо Ψн = 2,0;
[рс] – допустимий тиск в різі для пари гвинт – гайка, враховуючи застосування матеріалів для силового гвинта – незагартована сталь марки 35; для гайки (змінної втулки) – бронза БрОФ 10-1 [рс] згідно [3, с. 18] складає
8÷10 Н/мм2, приймаємо для розрахунків [рс] = 9 Н/мм2.
Підставляючи значення в формулу 4.1.1 маємо:
мм
Для розрахунків можливо приймати метричну а також трапецоїдну нарізку. По розрахунковому значенню d2 приймаємо по [3, с.19-20] стандартне найближче більше значення середнього діаметру різі. Згідно прийнятої нарізки приймаємо d2 = 12,701 мм. Остаточно приймаємо метричну нарізку M14 з кроком Р = 2 мм.
Довжину силового гвинта приймаємо конструктивно в залежності від величини, яка потребується для переміщення, враховуючи: довжину посадочної поверхні вузла який підлягає розбиранню ; висоту змінної гайки (товщину корпусу); необхідну безпечну відстань між рукояткою (воротком) та корпусом пристрою, шарнірним зв’язком силового гвинта з упорною п’ятою та інші припуски на довжину нарізки.
4.2 Визначення розмірів змінної гайки пристрою
а) висоту змінної гайки (рис.2) визначаємо з формули :
,
мм (4.2.1)
де: Z – число витків нарізки гайки, воно повинно бути Z ≤ 10 по [1, с.41] , так як у разі коли Z >10 буде нерівномірне розподілення навантаження по витках різі;
,
(4.2.2)
Отримали Z > 10 – це не рекомендується. Робимо корегування, приймаємо Ψн= 1,5. Тоді:
Тоді підставляючи значення в формулу 4.2.1 маємо:
мм
б) зовнішній діаметр визначаємо з формули :
Д ≥
, мм
(4.2.3)
де: d- зовнішній діаметр різі (d= 14 мм);
-
допустима напруга при розтягуванні;
для матеріалу змінної
гайки - бронза = 34…44 МПа , для матеріалу змінної гайки – чавун = 20…24 МПа згідно [ 1,c.127] , приймаємо для розрахунків матеріал змінної гайки бронзу з = 38 МПа;
FРОЗР – розрахункова сила, яка враховує сумісну дію на розтягування і крутіння для тіла гайки під час роботи. Її визначаємо за формулою:
FРОЗР = 1,3· Fр , Н (4.2.4)
FРОЗР
= 1,3
=
5224,7
5225
Н
Тоді підставляючи значення в формулу маємо,
Д ≥
, мм
Округляємо до більшого цілого числа і приймаємо остаточно Д = 20 мм
в) діаметр буртика гайки визначаємо з умови міцності на зминання
Д1
, мм (4.2.5)
де: Fр – сила розпресовування, методика її визначення показана у
формулі 2.4; Fр = 4019 Н;
-
допустима напруга при зминанні; для
матеріалу змінної гайки бронза або
чавун
=
42...55 МПа; приймаємо для розрахунків
=48
МПа;
Д – діаметр гайки; Д = 20 мм.
Підставляючи значення у формулу маємо
Д1
=
22,509 мм
Округляємо до більшого цілого числа і приймаємо Д1 = 23 мм.
г) висоту буртика гайки з метою рівномірного розподілу навантаження по витках різі визначаємо за формулою:
а = 0,25·Н, мм (4.2.6)
де: Н - висота змінної гайки, Н = 20 мм
а = 0,25· 20 = 5 мм
4.3 Визначення діаметру воротка
Діаметр воротка 8 (рис.2) пристрою можливо визначити з умови міцності при вигину за формулою:
,
Н/мм2
(4.3.1)
а точніше з правої її частини
де: Mx max – найбільший згинальний момент, визначаємо з формули:
,
Н·мм
(4.3.2) де: F
– сила на кінці воротка, яку додає
робочий, приймаємо 15 кГс (≈147 Н);
l – довжина воротка, приймаємо для розрахунків l = 150 мм.
Тоді:
Н·мм
[σ] – допустима напруга на вигин, визначаємо її з формули:
,
Н/мм2
(4.3.3)
де: σт – межа текучості матеріалу воротка, для Сталі 35 згідно [3, с. 25]
σт = 260 Н/мм2;
[n] – потрібний коефіцієнт запасу міцності, для пластичних матеріалів [n]=1,4…2,0 [2, с. 77] ; приймаємо для розрахунків [n] = 1,8.
Тоді:
Н/мм2
Знаючи значення Mx max і [σ] визначаємо Wx – осьовий момент опору:
,
мм3
(4.3.4)
мм3
Тоді з формули:
, мм3
(4.3.5)
Визначаємо d – діаметр воротка:
, мм3
(4.3.6)
мм3
, мм
Методом підбору визначаємо, що діаметр воротка приблизно складає
11,52 мм. Округляючи до більшого цілого числа приймаємо d =12 мм.