3.1.7. Выбор стопорного винта и проверка его на прочность

Размеры стопорного винта выбираем из конструктивных соображений. Назначим, например, винт М8 (ГОСТ 1477-64). Длина стопорного винта должна быть примерно равна высоте бурта гайки.

По формуле (40) (см. 2.4) определяем момент, проворачивающий гайку Т_n. Если же Т_n  0, то проверка на прочность не нужна. Если же Т_n > 0, то поверхность бурта гайки в месте установки винта проверяется на смятие (см. 2.4).

3.1.8. Определение кпд механизма

При определении КПД всего механизма учитываются как потери на трение, так и потери на трение в опоре винта

(71)

Значение приведенного диаметра силы трения на опоре зависят от соотношения d₀/D₀.

Для винта пресса (см. рис. 7) d₀/D₀ = 0 и d_{п р} = 2/3 d_г.

Рекомендации по выбору значений f_оп и d_г даны в 2.1.

3.1.9. Построение эпюр продольной силы и крутящих моментов

Эпюры продольных сил и крутящих моментов для четырех видов винтовых механизмов (в том числе и для пресса) и методика построения эпюр приведены в 1.1.

3.2. Задание №2. Расчет винтового рычажного пресса

Рассчитать винтовой рычажный пресс (рис. 10), предназначенный для прессования изделия, имеющего форму квадрата, сторона которого равна е. Для прессования необходимо удельное давление q.

В результате выполнения работы:

1. определить осевую нагрузку на силовой винт;

2. определить параметры резьбы силового винта;

3. определить размеры гайки винта;

4. определить КПД передачи винт-гайка;

5. определить расчетную длину рукоятки;

6. определить катет сварного шва, соединяющего стойку с основанием;

7. определить диаметр d_ц и длину l_ц цапф обоймы гайки;

8. выбрать стопорный винт по ГОСТ 1476-64 и (если нужно) проверить его на прочность;

9. построить эпюры осевой силы и крутящих моментов. При расчетах принять:

   • материал стойки и основания сталь Ст.2;

   • отношение l/h = 0,5 (см. рис. 10) и соотношение b/h = 0,25 (см. рис. 12).

Остальные данные для расчетов взять из таблицы 10.

Последовательность расчета

3.2.1. Определение осевой нагрузки на силовой винт.

Усилие, потребное для прессования изделия

Со стороны прессуемого изделия на каждый рычаг пресса действует сила G=F₀/2, которая уравновешивается силой Q, создаваемой силовым винтом (рис. 11).

А-А (условно увеличено)

Рис. 10. Схема рычажного пресса.

Рис. 11. Схема к расчету силы Q.

Условие равновесия рычага

Отсюда

Или

и

(72)

Данные для выполнения задания №2

Таблица 10

№ вар.	e, мм	q, МПа	i=m/n	Материал			Тип резьбы
				винт	гайка	обойма
1	590	0.49	5	Ст. 4	СЧ28-48	Сталь 40	Прямоуг.
2	640	0.44	4.5	Ст. 4	СЧ28-48	Сталь 40	Прямоуг.
3	670	0.43	4	Ст. 4	СЧ28-48	Сталь 40	Прямоуг.
4	900	0.25	3.5	Ст. 4	СЧ28-48	Сталь 40	Прямоуг.
5	100	0.21	3	Ст. 4	СЧ28-48	Сталь 40	Прямоуг.
6	640	0.47	6	Ст. 5	Бр.АЖ9-4	Сталь 45	Трапецеид.
7	680	0.43	5.5	Ст. 5	Бр.АЖ9-4	Сталь 45	Трапецеид.
8	1000	0.21	5	Ст. 5	Бр.АЖ9-4	Сталь 45	Трапецеид.
9	700	0.46	4.5	Ст. 5	Бр.АЖ9-4	Сталь 45	Трапецеид.
10	650	0.55	4	Ст. 5	Бр.АЖ9-4	Сталь 45	Трапецеид.
11	1000	0.21	5	Сталь 45	Бр.0Ф10-1	Сталь 40	Упорная
12	910	0.26	4.5	Сталь 45	Бр.0Ф10-1	Сталь 40	Упорная
13	670	0.5	4	Сталь 45	Бр.0Ф10-1	Сталь 40	Упорная
14	890	0.3	3.5	Сталь 45	Бр.0Ф10-1	Сталь 40	Упорная
15	690	0.53	3	Сталь 45	Бр.0Ф10-1	Сталь 40	Упорная

3.2.2. Расчет силового винта

Параметры резьбы силового винта рычажного пресса определяются так же, как и при выполнении задания №1 (см. 3.1.2).

Винт работает на растяжение и поэтому устойчивость не проверяется.

3.2.3. Определение размеров гайки

Расчетные зависимости для определения размеров гайки силового винта приведены в 2.2.

3.2.4. Определение КПД передачи винт-гайка

КПД передачи винт-гайка определяется по формуле (69) (см. 3.1.4).

3.2.5. Определение расчетной длины рукоятки

Расчетная длина рукоятки вычисляется по формуле (44), приведенной в 2.5. См. также 3.1.5.

3.2.6. Проектный расчет сварного шва

Проектный расчет сварного шва выполняется при помощи расчетных зависимостей, которые приведены в 2.6.

Однако прежде, чем приступить к расчету сварного шва, нужно, в данном случае, определить размеры привариваемой детали-стойки. Стойка нагружена (см. рис. 12) продольной силой F и изгибающим моментом М, создаваемым поперечной силой R. (M = Rl)

Рис. 12. Стойка пресса.

Прежде всего следует определить продольную силу F и поперечную силу R (эти силы необходимо знать для расчета сварного шва).

Продольная сила

иначе

и

Рис. 13. К определению сил F и R.

(73)

Поперечная сила

Иначе

(74)

После того, как силы F и R определены, выполняется расчет стойки на прочность. Условие прочности

Иначе

и

отсюда

Использовав зависимости (73) и (74), получим расчетную формулу для определения величины h.

(75)

Для стойки, выполненной из стали Ст.2, допускаемое напряжение []_p = 87 МПа.

Зная размер h, несложно определить b и l.

	(76)
	(77)

Размеры b, l и h следует округлить по ГОСТ 6636-69.

Формула (53) (см. 2.6), при помощи которой вычисляется расчетная площадь вертикальных сварных швов, для условий задания №2 упрощается.

В рассмотренном случае изгибающий момент M = Rl

После подстановки и очевидных преобразований

(78)

Допустимое напряжение []’_ср следует определять после выбора технологии сварки (например, сварка ручная электродом Э50А) по формуле (49) или (50) (см. 2.6).

Катет шва К определяется по формуле (54) и его размер округляется по ГОСТ 6636-69.

Для страховки желательно выполнить проверочный расчет сварных швов (см. 2.6).

3.2.7. Определение размеров цапфы

Диаметр цапфы d_ц и ее длина l_ц определяется по формулам (36) и (37), которые даны в 2.3.

Размеры d_ц и l_ц принимаются по ГОСТ 6636-69.

Рассчитанная на изгиб и смятие цапфа проверяется на срез (см. 2.3).

3.2.8. Выбор стопорного винта и проверка его на прочность

Размеры стопорного винта выбираются из конструктивных соображений. Назначим, например, винт MIO (ГОСТ 1478-64).

По формуле (40) (см. 2.4) определяем момент, поворачивающий гайку T_n. Если T_n > 0, то соединение стопорным винтом проверяется на прочность по методике, изложенной в 2.4.

3.2.9. Построение эпюр продольной силы и крутящих моментов

Эпюры продольной силы и крутящих моментов для случая двухсторонней стяжки (схема, по которой выполнен рычажной пресс) приведены в 1.1.

3.3. Задание №3. Расчет винтового пресса нагружения

Рассчитать винтовой пресс (см. рис. 14) на давление Q.

Рис. 14. Схема винтового пресса нагружения

В результате выполнения работы:

1. определить параметры резьбы силового винта;

2. определить размеры гайки силового винта;

3. определить КПД передачи винт-гайка;

4. определить диаметр штурвала D_шт;

5. определить диаметр резьбы у направляющих стоек;

6. выбрать стопорный винт по ГОСТ 1478-64 и проверить его на прочность (если нужно);

7. определить КПД всего механизма;

8. построить эпюры осевой силы и крутящих моментов.

При расчетах принять:

1. материал направляющих стоек сталь Ст.3;

2. коэффициент трения на торце винта f_оп = 0,12;

3. расчетная длина винта 12d;

Остальные данные для расчета взять из таблицы 11.

Данные для выполнения задания №3

Таблица 11.

№	Q, Н	Материал		Тип резьбы
		винта	гайки
1	15000	Ст. 4	СЧ 18-36	Квадратная
2	18000	Ст. 4	СЧ 18-36	Квадратная
3	20000	Ст. 4	СЧ 18-36	Квадратная
4	25000	Ст. 4	СЧ 18-36	Квадратная
5	30000	Ст. 4	СЧ 18-36	Квадратная
6	25000	Ст. 5	СЧ 24-44	Трапецеид.
7	30000	Ст. 5	СЧ 24-44	Трапецеид.
8	35000	Ст. 5	СЧ 24-44	Трапецеид.
9	36000	Ст. 5	СЧ 24-44	Трапецеид.
10	40000	Ст. 5	СЧ 24-44	Трапецеид.
11	42000	Сталь 40	Бр.0Ф10-1	Упорная
12	45000	Сталь 40	Бр.0Ф10-1	Упорная
13	48000	Сталь 40	Бр.0Ф10-1	Упорная
14	50000	Сталь 40	Бр.0Ф10-1	Упорная
15	52000	Сталь 40	Бр.0Ф10-1	Упорная

Последовательность расчета

3.3.1. Расчет силового винта

Параметры силового винта пресса нагружения определяются точно так же, как и при выполнении задания №1 (см. 3.1.2).

3.3.2. Определение размеров гайки

Расчетные зависимости для определения размеров гайки и последовательность расчета даны в 2.2.

3.3.3. Определение КПД передачи винт-гайка

КПД передачи винт-гайка  определяется так же, как при выполнении задания №1 (см. 3.1.4).

3.3.4. Определение диаметра штурвала

Формулы для определения радиуса штурвала R_шт и диаметра штурвала D_шт приведены в 2.5.

Если при одном работающем штурвал получится слишком громоздким (D_шт>1м), то следует определить диаметр штурвала, исходя из условия одновременной работы двух рабочих.

3.3.5. Определение диаметра резьбы у направляющих стоек

Рабочая нагрузка на резьбовое соединение стойки с траверсой пресса изменяется в пределах от 0 до F, где F = 0,5Q (пресс имеет две стойки).

Для резьбовых соединений, подверженных действию переменных нагрузок, характерна значительная предварительная затяжка, обеспечивающая не раскрытие стыка детали (см. рис. 15).

Рис. 15. Резьбовое соединение

Образование зазора в стыке (раскрытие стыка) недопустимо из-за возможности сдвига друг относительно друга соединяемых деталей (в данном случае стойки и траверсы).

Если рабочая нагрузка, приходящаяся на рассчитываемое соединение, изменяется в пределах от 0 до F, то общее осевое усилие на это соединение будет изменяться в пределах от Q₀ до Q₀ + F.

Здесь Q₀ – величина начальной натяжки;

 - коэффициент основной нагрузки.

Отсюда, с учетом крутящего момента затяжки, максимальная нагрузка на соединение

(79)

и минимальная расчетная нагрузка

(80)

Для соединения без прокладок металлических деталей  = 0,2 0,3.

Величина начальной затяжки

(81)

где  - коэффициент затяжки; при переменной рабочей нагрузке для соединения без прокладок металлических деталей  = 1,9 3,1.

Согласно формуле (65) (см. 2.7) амплитуда напряжений

(82)

Согласно формуле (64) (см.2.7) среднее напряжение

(83)

В формулах (82) и (83) площадь поперечного сечения стержня по резьбе.

Примечание. При определении _m крутящий момент затяжки не учитывается, так как при длительном действии переменных нагрузок происходит раскручивание стержня шпильки (болта) и снятие напряжений кручения от предварительной затяжки.

После того, как величины _рmax, _a, _m определены, выполняются проектный и проверочный расчеты резьбового соединения в соответствии с методикой, рекомендованной в 2.7.

3.3.6. Выбор стопорного винта и проверка на прочность

Выбор и проверка стопорного винта делаются так же, как и при выполнении задания №2 (см.3.2.6).

3.3.7. Определение КПД механизма

КПД механизма _м определяется так же, как при выполнении задания №1 (см.3.1.8).

3.3.8. Построение эпюр продольной силы и крутящих моментов

Эпюры продольной силы и крутящих моментов для пресса приведены в 1.1.

3.4. ЗАДАНИЕ №5. Расчет домкрата общего назначения.

Рассчитать домкрат общего назначения (рис. 16) грузоподъемностью Q с максимальной высотой подъема груза L.

В результате выполнения работы:

1) определить параметры резьбы силового винта;

2) определить параметры гайки силового винта;

3) определить к. п. д. передачи винт-гайка;

4) определить основные размеры головки и гайки домкрата;

5) определить длину и диаметр рукоятки;

6) определить катет сварного кольцевого шва, поставленного вместо бурта гайки (рис. 16, А);

7) определить внутренний и наружный диаметры основания домкрата;

8) выбрать стопорный винт (ГОСТ 1478-64) и (если нужно) рассчитать его на прочность;

9) определить к. п. д. всего механизма;

10) построить эпюры осевой силы и крутящих моментов.

При расчете сварного шва условно принять, что гайка и корпус домкрата выполнены из стали Ст.3.

Данные для расчета взять из таблицы 12.

Последовательность расчета