Лабораторно-практическое занятие № 6
Изучение устройства и работы домкратов и их силовой расчет
Домкратами называют подъемные механизмы, используемые при подъеме грузов на небольшую высоту (0,1…1,0 м).
По принципу действия домкраты бывают винтовые, реечные и гидравлические. Привод домкратов ручной или электрический. Схемы домкратов приведены на рис. 12 – 14.
Скорость подъема груза домкратами составляет 10-35 мм/мин, вес, в зависимости от грузоподъемности, равен от 4,2 до 300 кг.
Винтовые домкраты имеют несколько разновидностей:
гайка неподвижная, винт вращается, совершая поступательное движение; гайка вращается, не совершая поступательного движения, винт движется поступательно в направляющих;
гайка совершает поступательное движение без вращения, винт вращается без перемещения.
Винт домкрата рассчитывается на сжатие и продольный изгиб по формуле:
= 4Q/
, (6.1)
где Q- вертикальная нагрузка на винт, кгс;
dв – внутренний диаметр нарезки винта, см;
- коэффициент снижения допускаемых напряжений при продольном изгибе (принимается в зависимости от отношения удвоенной свободной длины домкрата к радиусу инерции его сечения 2 Z/ p; равен 400.
- допускаемое напряжение при сжатии, принимаемое обычно в пределах 1000-1200 кгс/см2.
Гайка проверяется на удельное давление в нарезке по формуле:
; (6.2)
где dн — наружный диаметр резьбы, см;
n - число ниток резьбы в гайке;
n=
,
см
t – шаг резьбы, см
q - допускаемое удельное давление, равное 80—120 кгс/см для стали по бронзе и 40-60 кгс/см2 для стали по чугуну.
Усилие на рукоятке домкрата, в котором подъем осуществляется вращением винта, определяется по формуле винтовой пары:
(6.3)
- угол подъема резьбы винта;
tg =2t/(dн –dв) (6.4)
р — угол трения резьбовой пары, принимаемый 0,1—0,12;
r — средний радиус резьбы, см
t – шаг винта, мм.
Если .подъем осуществляется вращением гайки, то необходимо учесть трение гайки о станину. Формула в этом случае примет вид:
(6.3)
где f — коэффициент трения гайки о станину, принимаемый равным 0,1-0,15 при опоре скользящего трения и 0,02 - 0,03 яри опоре качения;
r2 - средний радиус опорной поверхности гайки, см,
Коэффициент полезного действия винта равен:
(6.6)
Условие самоторможения - обеспечивается., когда а < р.
Недосаттками винтовых домкратов является малая скорость подъема (15-35 мм/мин) и низкий к.п.д. (0,3-0,4).
Поднимаемый груз на реечном домкрате непосредственно на зубчатой рейке (башмаке или головке), приводимой в движение рукояткой через передаточные шестерни.
Плечи приводных рукояток принимают равными 200-250 мм, ось вращения их от уровня опорной поверхности домкрата 500 мм.
Усилие P, прикладываемое к приводной рукоятке домкрата, определяется из уравнения:
P=
(6.7)
где - к.п.д. передачи равный 0,8;
r – радиус начальной окружности шестерни, см;
L – длина плеча рукоятки, см;
Q – вес поднимаемого груза, Н.
Диаметр начальной окружности шестерни, находящейся в зацеплении с рейкой, определяется из уравнения:
D= z s/, (6.8)
где s – шаг зацепления.
z-количество зубьев малых шестерен зубчатых передач
Материал шестерен – сталь марок Ст.5 и Ст.45 или стали с низким содержанием углерода с последующей цементацией и закалкой.
Передаточное число определяется из соотношения:
(6.9)
момент груза/момент силы х к.п.д., (7.9)
где Q- поднимаемый груз, кг;
r –радиус ведущей шестерни, см;
P – сила, приложенная к рукоятке, Н;
L –длина плеча рукоятки, см;
- к.п.д., равный 0,65 – 0,8.
В зависимости от величины передаточного числа определяют количество передаточных пар. Передаточные числа для каждой пары зубчатых передач принимают равными 3-4.
Размеры зубчатой рейки определяют из расчета на сжатие от силы Q и на изгиб – от момента, возникающего при эксцентричной нагрузке. Материал реек – Ст 45 по ГОСТ 1050 -60.
Гидравлический домкрат изображен на рис. 12. Он представляет собой грузоподъемный механизм, принимаемый для подъема тяжелых грузов. Насос домкрата, приводимый в действие рукояткой, способен создавать давление жидкости до 500 атм., которая подается в цилиндр и поднимает поршень. Груз устанавливается на поршень и поднимается вместе с ним.
Основными частями домкрата являются: стальной или чугунный цилиндр, поршень, насос с клапанами, корпус и рукоятка.
Передаточное число доходит до 6000 и определяется из уравнения:
Усилие на рукоятке рычага домкрата равно:
,
Н
где D – диаметр поршня домкрата, см;
d – диаметр поршня насоса, см;
l – длина большего плеча рычага, см;
l1 – длина меньшего плеча рычага, см;
- к.п.д. равный 0,67- 0,8;
Q – грузоподъемность домкрата, Н;
Р – усилие, прикладываемое к рычагу, Н.
Гидравлические домкраты обеспечивают плавный подъем груза, точность остановки на нужном уровне, обладают свойством самоторможения и высоким к.п.д. (0,7-0,8).
В качестве рабочей жидкости в гидродомкратах применяют минеральные масла, глицерин, спирт и в летнее время воду.
Чтобы правильно использовать домкраты, нужно уметь рассчитывать их параметры. Решив нижеследующие задачи студенты и должен этому научиться.
Задача № 13
Рассчитать винт домкрата на сжатие и его гайку на удельное давление, а также усилие на рукоятке домкрата в обоих вариантах. Известно, что нагрузка на домкрат Q, винт домкрата имеет прямоугольный профиль с наружным диаметром dн, шагом t и общей длиной L, а высота гайки H, длина рукоятки R.
Задача № 14
Рассчитать передаточное число реечного домкрата если известно, что передаточная шестерня имеет Z зубьев, а ее шаг равен t, известен также диаметр опорной поверхности dоп (см. таблицу).
Задача № 15
Рассчитать передаточное число и усилия на рукоятке гидравлического домкрата, если известно, что диаметр его силового цилиндра D, а диаметр поршня насоса dп.
Данные для всех задач выбираются из таблицы по своему варианту. Номер варианта соответствует номеру студента по списку в учебном журнале.
№ Варианта |
Q, Н |
Длина винта dн ,мм |
Шаг винта, t , мм |
Длина рукоятки L, мм |
Высота гайки h,мм |
dоп ,мм |
Длина рукоятки R, мм |
Длина ручки L, мм |
Зубья шестерни Z |
Шаг зубьев S1, мм |
Диаметр домкратаD, мм |
Диаметр пятки dп , мм |
1 |
2000 |
30 |
6 |
400 |
40 |
36 |
450 |
300 |
10 |
10 |
80 |
35 |
2 |
2200 |
32 |
6 |
380 |
42 |
36 |
450 |
310 |
10 |
11 |
85 |
35 |
3 |
2400 |
34 |
6 |
360 |
44 |
40 |
450 |
320 |
11 |
11 |
90 |
40 |
4 |
2600 |
36 |
8 |
360 |
46 |
40 |
500 |
330 |
11 |
12 |
90 |
40 |
5 |
2800 |
38 |
8 |
340 |
48 |
44 |
500 |
340 |
12 |
12 |
95 |
45 |
6 |
3000 |
40 |
8 |
320 |
50 |
46 |
500 |
350 |
12 |
13 |
95 |
45 |
7 |
1800 |
30 |
6 |
420 |
40 |
36 |
450 |
330 |
10 |
12 |
80 |
40 |
8 |
1600 |
30 |
6 |
440 |
38 |
36 |
420 |
290 |
9 |
11 |
75 |
40 |
9 |
1400 |
28 |
4 |
460 |
36 |
34 |
420 |
280 |
9 |
10 |
75 |
35 |
10 |
1200 |
28 |
4 |
480 |
94 |
34 |
420 |
270 |
8 |
9 |
70 |
35 |
11 |
800 |
26 |
4 |
500 |
34 |
30 |
400 |
270 |
8 |
9 |
70 |
35 |
12 |
600 |
26 |
4 |
520 |
32 |
30 |
400 |
260 |
8 |
10 |
65 |
30 |
13 |
400 |
24 |
3 |
540 |
32 |
30 |
400 |
260 |
7 |
10 |
65 |
30 |
14 |
200 |
24 |
3 |
560 |
30 |
30 |
380 |
250 |
7 |
9 |
60 |
30 |
15 |
100 |
22 |
3 |
580 |
30 |
28 |
380 |
240 |
7 |
9 |
60 |
30 |