2.3 Проверка условия самоторможения резьбы

Резьбы, применяемые в рассматриваемых конструкциях, должны быть самотормозящимися. Иначе, как только рабочий перестает воздействовать на рукоятку, винт может начать вращаться в обратную сторону. Чтобы этого не случилось, должно выполняться условие φ ≤ ρ',

где - угол подъёма резьбы; (8)

P и d₂ – шаг и средний диаметр резьбы;

; (9)

- приведенный угол трения в резьбе; (10)

;

α – угол наклона рабочей грани витка резьбы (рис. 5.8 в качестве примера трапецеидальная резьба);

– коэффициент трения в резьбе.

Принимаем fmin=0,1, что соответствует слабой смазке.

Угол наклона рабочей грани (α=15º - трапецеидальная резьба).

Чтобы завершить конструкцию винта нужно определить его линейные размеры. Для этого нужно знать размеры чашки, гайки и некоторых других деталей.

3. Конструирование гаек винтовых устройств

3.1 Форма гайки и материалы для её изготовления

Из анализа структурной схемы ясно, что витки резьбы винта опираются на витки резьбы гайки и при этом винт вращается (или наоборот, задание 5). Гайка, чаще всего, вставляется в корпус механизма и под действием нагрузки висит на буртике. Она выполняется как отдельная деталь из антифрикционного материала. Применяются бронзы (ОФ10-1; БрОЦС 5-5-5; БрАЖ 9-4 и др.). При небольших нагрузках могут быть использованы антифрикционные чугуны (АЧС-1; АЧС-2 и др.) или серые чугуны (СЧ-15; СЧ-18).

Если нужно с гайкой связать конструктивные элементы: рукоятки или пальцы, гайки делают либо целиком стальные (ст.3; стали 20, 30), либо из дешевой стали выполняют корпус, в который вставляют гайку, выполненную из бронзы или чугуна.

В некоторых случаях гайки, как таковой, может вообще не быть: резьба для взаимодействия с винтом нарезается непосредственно в корпусной детали.

3.2 Определение размеров гайки

3.2.1 Определение высоты гайки

Высота гайки:, мм, (11)

где Р – шаг резьбы;

Z – число витков резьбы гайки.

мм.

Число витков резьбы определяется из расчета на смятие

; (12)

,

где Асм – площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки.

, мм². (13)

Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [σсм] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р] (Таблица 2).

Таблица 2

Допускаемое удельное давление

Материал винта и гайки	[р], МПа
Чугун по чугуну	3…3,5
Сталь по чугуну	5…6
Сталь по антифрикционному чугуну	10…13
Сталь по стали	7…13
Сталь по бронзе оловянистой	8…13
Сталь по бронзе безоловянистой	7 …8

Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать Z больше не имеет смысла. Поэтому:

; (14)

.

Полученное число витков Z проверяется на срез:

; (15)

,

где [τср]=0,15[σр] – для чугунной гайки;

kр – коэффициент полноты резьбы (kр=0,4 для трапецеидальной резьбы).

3.2.2 Определение наружного диаметра гайки

Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв в одной из плоскостей. Из условия прочности на растяжение с кручением

; (16)

и площади сечения гайки: ; (17)

;

, мм; (18)

,

где [σр]== - для чугунных гаек; (19)

n – 2,5…3,5 – коэффициент запаса прочности;

К =1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.

Для удобства изготовления и нормальной эксплуатации толщина тела гайки должна быть не менее 5мм, поэтому должно быть

. (20)

3.2.3 Определение размеров буртика гайки

На кольцевой поверхности контакта буртика гайки и корпуса возникают напряжения смятия. Поэтому

; (21)

.

Отсюда

, мм; (22)

мм.

Здесь [σсм] = 0,8σт т.к. контактирующие детали неподвижны. Расчет ведется по менее прочной детали.

На входе в расточку корпуса для того, чтобы удобнее было вставлять гайку, выполняется фаска. Поэтому ширина опорного кольца буртика не может быть меньше 5мм.

С учетом этого Dб ≥Dнг+10мм.

Высота буртика.

Высота буртика определяется из условия прочности его на срез:

; (23)

.

[τср] = 20…30Мпа для чугуна.

Полученные значения и - округляются до ближайших больших целых значений по ГОСТ 6636-83.