3 Выбор материала:
Главным критерием выбора материала для винта и гайки это низкие потери на трении, высокая износостойкость, прочность.
Для винта подойдёт Сталь 45.
Для гайки - БрА9Ж3Л по ГОСТ 493-79.
4 Расчет винтовой пары
Основными деталями, от которых зависит надежность и срок службы винтовых механизмов, является винт и гайка.
4.1 Расчет винта:
Проектирование винта начинается с выбора типа резьбы. Обычно для винтовых механизмов применяют трапецеидальную резьбу. Для винтов прессов и других механизмов с односторонним действием нагрузки, где желательно иметь минимальные потери на трение, применяют упорную резьбу.
Поэтому, учитывая, что нагрузка пресса небольшая, я применяю трапецеидальную резьбу.
Средний расчетный диаметр резьбы из условия износостойкости:
мм
где коэффициент высоты гайки = 2,
коэффициент высоты профиля для трапецеидальной резьбы = 0,5.
Рекомендуемое допускаемое давление в витках резьбы для пары незакаленная сталь – бронза = 8-10 МПа.
Внутренний расчетный диаметр резьбы винта из условия прочности на сжатие с учетом кручения:
мм,
где k – коэффициент, учитывающий влияние напряжений кручения в сечении винта, рекомендуется k = 1,3;
– допускаемые напряжения сжатия:
МПа,
где – предел текучести материала винта, для стали 45 = 360 МПа;
s – коэффициент запаса прочности, примем s = 3.
По таблицам приложения подбираем трапецеидальные резьбы с d2 ≥ 24,43мм и d1 ≥ 14,384 мм и заносим в таблицу:
№ |
Обозначение резьбы |
Шаг резьбы P, мм |
Наружный диаметр d, мм |
Средний диаметр d2, мм |
Внутренний диаметр d1, мм |
1 |
Tr 26×3 |
3 |
26 |
24,5 |
23 |
2 |
Tr 28×5 |
5 |
28 |
25,5 |
23 |
3 |
Tr 32×6 |
6 |
32 |
29 |
26 |
4 |
Tr 38×7 |
7 |
38 |
34,5 |
31 |
4.2 Проверка на самоторможение
Приведенный угол трения :
,
где – коэффициент трения: для гайки из безоловянистой бронзы – = 0,09;
– угол наклона рабочей грани витка к торцевой плоскости винта: для трапецеидальной резьбы – =15.
Угол подъема винтовой линии :
.
Для резьбы Tr 26×3: ;
Для резьбы Tr 28×5: ;
Для резьбы Tr 32×6: ;
Для резьбы Tr 38×7: .
Условие самоторможения:
.
Для резьбы Tr 26×3: – условие выполняется;
Для резьбы Tr 28×5: – условие выполняется;
Для резьбы Tr 32×6: – условие выполняется;
Для резьбы Tr 38×7: – условие выполняется.
Все резьбы удовлетворяют коэффициенту запаса самоторможения.
4.3 Проверка числа витков гайки Z:
.
Для резьбы Tr 26×3: ;
Для резьбы Tr 28×5: ;
Для резьбы Tr 32×6: .
Для резьбы Tr 38×7: ;
Только у двух резьб число витков гайки Z попадает в диапазон от 8 до 10, у Tr 32×6 и Tr 38×7 . Из расчёта себестоимости и массовых показателей выбираем Tr 32×6.
5 Расчет гайки
5.1 Высота гайки:
мм.
Высоту гайки Hг увеличим на ширину фаски С = 2 мм, т.е. мм.
5.2 Число витков резьбы в гайке:
.
5.3 Наружный диаметр гайки:
мм,
где – допускаемые напряжения, для бронзы МПа.
Увеличим толщину стенки из технологических соображений и примем наружный диаметр гайки = 45 мм.
5.4 Наружный диаметр буртика:
мм.
Принимаем = 50 мм.
5.5 Высота буртика:
мм.
Принимаем = 9 мм.
Условие прочности буртика на срез:
МПа ≤ = 30 МПа – условие выполняется.
где – допускаемые напряжения, для бронзы = 30 МПа.
5.6 Момент трения на опорной поверхности гайки:
Н·мм
5.7 Момент трения на витках резьбы:
Н·мм
5.8 Условие непроворачиваемости гайки в корпусе выполняется:
34800 Н·мм < 42790 Н·мм
Однако, для обеспечения невыпадения гайки из корпуса при переворачивании пресса, гайку закрепим с помощью установочного винта.
6 Расчет привода пресса
Винтовой внтовой приводится в действие ручным приводом (схема 2).
Необходимая длина рукоятки:
мм,
где =
Fр ≤ 200 Н – усилие, развиваемое одним рабочим.
Конструктивная длина рукоятки:
мм.
Принимаем =430 мм.
Тогда мм.
Диаметр рукоятки:
мм,
где для Ст3 – = 100 МПа.
Принимаем = 20 мм.
Размеры головки винта:
мм; мм.
7 Расчет параметров передачи
Коэффициент полезного действия передачи, учитывающий суммарные потери в винтовой паре и на опорной пяте винта:
.
4.10.2 Передаточное число передачи винт-гайка:
.
8 Заключение.
8.1 Окончательные размеры:
Длина рукояти 1430 мм;
Высота гайки Hг=60 мм;
Диаметр гайки =45 мм;
Диаметр буртика гайки =50 мм;
Высота буртика гайки =9 мм;
8.2 Вывод: в результате расчётов я получил винтовой пресс, который выдерживает нагрузку 15 кН, при осевом перемещении 220мм и расстояние между стойками 280.