0056 / Спроектировать винтовой домкрат
.docx
Спроектировать винтовой домкрат. Определить его основные размеры, КПД, момент на воротке, диаметр воротка. Материал винта - сталь 35, гайки - бронза, воротка - сталь Ст 3. Усилие, развиваемое рабочим на воротке, принять
Диаметр
D
определить
из условия износостойкости торца.
,
,
резьба трапецеидальная.
Исходные
данные:
Анализ конструкции
Грузовой винт 1, вращаемый воротком 2, и гайка 3, закрепленная в корпусе 4, образуют винтовую пару. Нагрузка F приложена к подпятнику 5.
Расчет грузового винта
Внутренний диаметр резьбы из условия статической прочности тела винта (формула 10)
где
-
сила на винте; С
= 1,3 - коэффициент, учитывающий напряжения
кручения в теле винта;
-
допускаемое напряжение
сжатия
для винта при расчете на статическую
прочность;
- предел текучести материала тела винта
(сталь 35); s-
коэффициент
запаса прочности, принимаем s
= 3 (с. 14).
1.2. Средний диаметр резьбы из условия износостойкости
(формула 11)
Здесь
принято: отношение рабочей высоты
профиля к шагу для трапецеидальной
резьбы
;
относительная высота гайки
;
допускаемое
давление в резьбе для пары
незакаленная
сталь по бронзе
1.3. Выбор резьбы
Исходя из условия d1 по ГОСТ > d1 расчетный,
d2 по ГОСТ > d2 расчетный (с. 15),
Так как условие износостойкости (п.1.2.) требует большего диаметра резьбы, то таблице 2 выбираем однозаходную трапецеидальную резьбу Тг20х4 ГОСТ 9484-81 с параметрами: d=20 мм; d1=15,5mm; d2=18mm; P=4 мм;
2. Проверка винта на устойчивость
Так как грузовой винт нагружен сжимающей осевой силой F и
где
мм-
наибольшая рабочая длина
винта, то необходимо провести проверку
винта на устойчивость.
Условия закрепления винта по рис.2: µ= 2 (один конец винта жестко заделан, т.к. гайка жестко закреплена в корпусе, а второй конец свободно перемещается), тогда приведенная длина
мм.
Так
как
,
то проверка проводится по формуле Эйлера
(формула 13):
где Е = 2,1·105 МПа - модуль упругости стали; sy = 2,5 - коэффициент запаса устойчивости;
-
приведенный
момент инерции.
Так как условие устойчивости (формула 13) не выполняется, выбираем резьбу большего диаметра и проводим повторную проверку.
По результатам повторной проверки принимаем однозаходную трапецеидальную резьбу Тг26х5 ГОСТ 9484-81 с параметрами: d=20 мм; d1=15,5mm; d2=18mm; P=4 мм;
Условие устойчивости
,
где , выполняется.
3. Высота гайки.
Высота гайки (формула 12)
Округляем до ряда нормальных линейных размеров Н=48 мм(Таб 9).
4. Определение размеров торцевой поверхности из условия износостойкости.
Наружный диаметр торцевой поверхности при кольцевом торце (формула 16)
мм,
где
МПа - допускаемое давление материала
подпятника АЧС-4(табл.10);
мм
- внутренний диаметр опорной поверхности
торца, округляем по ряду нормальных
линейных размеров
мм.
Окончательно по ряду нормальных линейных размеров (табл.9) принимаем
мм.
5. Проверка тела винта на прочность
Поскольку привод винтового домкрата ручной, проверка винта на сопротивление усталости не целесообразна (стр.19).
5.1. Момент сопротивления в резьбе (формула 5)
Н·мм
где
- угол подъема витка резьбы;
n0=1 -
число заходов резьбы (стр.4); 
-
приведенный угол трения резьбы;
-
приведенный
коэффициент трения резьбы, формула (4);
0-
угол наклона боковой рабочей поверхности
витка резьбы (стр.5), т.к. трапецеидальная
резьба имеет симметричный профиль с
углом а
=
30°, для нее
-
коэффициент трения фрикционной пары
винт (сталь) - гайка (бронза) при наличии
смазки (табл. 1
1).
5.2 Момент сил трения на торце (формула 6)
где
мм-
диаметр трения(формула
7);,
-
коэффициент трения пары подпятник
(чугун) - винт (сталь) при периодической
смазке (табл.1
1).
5.3 Определение напряжений в опасном сечении.
По эпюре (рис.1) определяется опасное сечение. В опасном сечении на винт действуют крутящие моменты Тр и Тр и сила сжатия F, создающие напряжения сжатия и кручения.
Напряжения сжатия в опасном сечении (стр.13)
Напряжения кручения в опасном сечении (стр.13)
Эквивалентное напряжение, формула (18)
Условие прочности выполняется.
Коэффициент полезного действия винтового механизма
6.1. КПД винтовой пары (формула 22)
6.1. КПД механизма (формула 23)
где
резьбе, расходуемый на совершение полезной работы.
7. Определение размеров воротка.
7.1. Длина воротка(формула 24)
здесь принято усилие рабочего Fраб = 200 Н
Окончательно принимаем 1в = 150 мм.
7.2 Диаметр воротка (формула 25)
мм,
где M = Tp + Tj = 14250 + 14940 = 29190 Н мм - изгибающий момент;
МПа
- допускаемое напряжение изгиба;
МПа
- предел текучести для стали Ст 3 (табл.7);
s
=
2
-
коэффициент запаса прочности (стр.15).
Окончательно принимаем по ряду нормальных линейных размеров
мм.
8. Определение размеров для построения эскиза домкрата
8.1 Размеры гайки (исходные данные):
наружный диаметр гайки
мм,
принимаем
мм;
диаметр заплечика гайки
мм;
принимаем
мм;
высота заплечика гайки
/1 = 0,1 Я =0,1 48 = 4,8 мм;
принимаем // = 5 мм;
Толщина стенки корпуса домкрата Принимаем толщину стенки 5 = 8 мм.