ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО»

Институт машиностроения, материалов и транспорта

Высшая школа машиностроения

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

«Проектирование передачи винт-гайка»

Выполнил студент гр. 3331505/10001		Гричачина А.А.
Работу приняла		Жавнер М.В.

Санкт-Петербург

2023 г.

Оглавление

Содержание работы 3

Введение 3

1. Проектировочный расчёт винтовой пары 3

1.1. Расчёт корпуса гайки 3

2. Расчёт гайки 9

2.1. Проектный расчёт корпуса гайки 9

2.1.1. Проектный расчёт диаметра тела гайки на растяжение 9

2.1.2. Проектный расчёт диаметра бурта гайки на смятие 10

2.1.3. Проектный расчёт высоты бурта гайки на срез 10

2.2. Проверочный расчёт резьбы на срез 11

3. Проверочный расчёт винта 12

3.1. Расчёт винта на прочность 12

3.2. Расчёт винта на устойчивость 14

4. Расчёт рукоятки 17

4.1. Определение расчётной длины рукоятки 17

4.2. Определение расчётного диаметра рукоятки 19

Вывод 19

Литература 20

Содержание работы

Рассчитать и сконструировать винтовой механизм с ручным приводом. Расчёт передачи винт-гайка выполнить в одном варианте.

Для принятого к исполнению варианта передачи разработать комплект конструкторской документации, состоящей из чертежа общего вида механизма, спецификации и пояснительной записки.

Введение Данные для расчёта

В соответствии с ТЗ данные:

Грузоподъемность механизма: 28 кН;

Осевое перемещение винта: 165 мм;

Режим работы: частый;

Тип резьбы: упорная резьба;

Материал винта: сталь 5;

Материал гайки: бронза;

Выполнены: проектировочный расчёт винтовой пары, проверочный расчёт винта на прочность и на устойчивость, расчёт корпуса гайки (проектировочный расчёт диаметра тела гайки на растяжение и проектировочный расчёт диаметра бурта гайки на смятие), проверочный расчёт высоты бурта гайки и резьбы на срез, расчёт рукоятки. Также выполнен эскиз винта, гайки и рукоятки в сборе.

1. Проектировочный расчёт винтовой пары

1.1. Расчёт корпуса гайки

Практикой установлено, что основной причиной выхода из строя передачи винт-гайка является изнашивание резьбы гайки. Поскольку интенсивность изнашивания зависит от давления p, то его величина не должна превышать допускаемого значения, т. е.

,

где нормальное усилие в резьбе, площадь соприкосновения резьбы винта и гайки.

Если пренебречь углом подъёма резьбы и условно принять, что нагрузка равномерно распределяется по виткам, то можно считать, что

где осевая сила винта, площадь проекции рабочей поверхности одного витка на плоскость, перпендикулярную оси винта; число витков резьбы гайки (см. рисунок 1).

При этом допущении условие износостойкости резьбы можно записать в таком виде

,

где средний диаметр резьбы; рабочая высота профиля; допускаемое давление в винтовой паре, МПа (см. табл. 1).

Таблица 1

Выбираем по данной таблице: сталь незакалённая – бронза безоловянная или антифрикционный чугун В нашем случае берём – допускаемое давление в нашей расчётной работе.

И в этом условии 3 неизвестных величины, что не позволяет получить однозначное решение. Тогда зададимся двумя дополнительными соотношениями:

где шаг резьбы (для трапецеидальной резьбы для упорной – ), и

где высота гайки.

И обычно принимается в пределах от 1,6 до 2,5. Для нашей работы берём: (проверяем все три варианта).

Учитывая, что

найдём

По диаметру выбираем резьбу в соответствии с ГОСТ 9484-78 или ГОСТ 10177-83 (см. табл. 2).

Резьба упорная я по ГОСТ 10177-82

Таблица 2

С помощью данной таблицы находим значения для: (для 3-х вариантов).

После этого находим высоту гайки для всех 3-х вариантов

и проверяем условие

.

При большем числе витков допущение о равномерности распределения нагрузки по виткам неоправданно. И если это условие не выполняется, то следует увеличить шаг резьбы или повторить расчёты с меньшей (с др.) величиной

Принятые размеры винта должны обеспечить его прочность и устойчивость (если винт работает на сжатие). Для деталей ручного привода, когда число циклов перемен напряжений за весь срок службы невелико и явления усталости вряд ли проявятся, можно ограничиться расчётом на статическую прочность.

Высота гайки определяется по результатам расчёта передачи на износостойкость ( ). А диаметр гайки определяется из условия прочности на растяжение в сечении а-а

где площадь сечения гайки, имеющего форму кольца с наружным диаметром равным и внутреннем – (наружный диаметр винта). Это условие составлено в предположении, что вся нагрузка распределена по виткам гайки, находящимся вне бурта. Это допущение идёт в запас прочности и позволяет не учитывать напряжения кручения, обусловленные моментом сил сопротивления в резьбе (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – К расчёту гайки

a – схема нагружения гайки,

б – расчётная схема и эпюра продольных сил,

в – к расчёту бурта гайки на срез.

Допускаемые напряжения для бронзовой гайки определяется по условному пределу текучести при нормативном коэффициенте запаса прочности а для чугунной гайки – по пределу прочности на растяжение при .

А при расчёте наружного диаметра гайки следует иметь ввиду, что часто толщина тела гайки оказывается очень маленькой (меньше шага резьбы). В таком случае следует увеличить диаметр гайки до величины

где шаг резьбы. При этом толщина тела гайки должна быть не менее 5 мм. Если толщина гайки меньше 5, то берём

.

Диаметр бурта гайки определяется из условия прочности на смятие опорной кольцевой поверхности

Площадь этой поверхности следует определять с учётом фаски (

Допускаемое напряжение смятие можно принять равными Меньшие значения принимаются для бронзы.

Высота бурта гайки принимается конструктивно

и проверяется на срез по сечению б-б (см. рисунок 2в).

где площадь среза, равная площади боковой поверхности цилиндра с высотой и диаметром .

Допускаемые напряжения среза для бронзы

и для чугуна

Здесь предел текучести на срез для бронзы а предел прочности на срез для чугуна . Нормативные коэффициенты запасов прочности принимаются примерно такими же, как при расчёте гайки на растяжение ( нормативные коэффициенты прочности).

После всех расчётов получаем все необходимые значения размеров для нашей гайки (см. таблица 3).

(при 1,6 и 2,2 аналогично).

Шаг резьбы ( , , выбираем по таблице 2 для упорной резьбы.

(при и – аналогично), а затем считаем .

Все полученные данные (размеры) показаны в таблице 3.

Таблица 3

	42	40	36
	7	7	6
	36,75	34,75	31,50
	29,851	27,851	25,587
	56	63	66
	8,75	8,57	10,83

После всех подсчётов, выбираем один вариант из 3-х и продолжаем расчёт для нахождения окончательных размеров гайки (самый подходящий вариант в данной работе – при (1,8)).

Проверяем данный вариант на допущение условия износостойкости резьбы по данной формуле:

где ,

Данное давление получилось меньше допускаемого давления (значение давления удовлетворяет условию).

Далее по нужным формулам получаем все необходимые размеры:

;

если ( );

(берём ;

( , ).