3.3 Расчёт шпинделя (винта)
Шпиндель работает в сложном напряжённом состоянии (кручение и сжатие, кручение и растяжение), поэтому размеры сечения шпинделя, изготовляемого из стали, целесообразно определять, пользуясь теорией наибольших касательных напряжений (III теория).
При закрывании задвижки шпиндель работает на сжатие и кручение.
, (3.19)
.
(3.20)
Момент винта при закрывании
,
(3.21)
где
d2
– средний диаметр нарезки винта (ГОСТ
9484–81);
α
–
угол подъёма винтовой линии нарезки
винта;
;
k
– заходность шпинделя; S
– шаг нарезки; ρ*
– приведённый угол трения винтовой
пары; ρ*
= arctg
fв*;
fв*
= fв
cosβ;
β
– угол трапецеидальной нарезки 15°; fв
– коэффициент трения для материалов
сталь-бронза 0,12 ÷ 0,15.
Рис. 3.1. Развертка витка резьбы
Условие прочности шпинделя:
,
(3.22)
где [σ]p – допустимое напряжение.
Для стали Ст. 5 [σ]p = 1650 кг/см2;
для стали 2Х13 [σ]p = 2200 кг/см2.
При открывании винт работает на кручение и растяжение, и расчёт аналогичен предыдущему, только в уравнение (3.21) вместо Tвзакр следует подставить Tвоткр.
;
(3.23)
.
Расчёт в дальнейшем необходимо вести по наибольшему моменту из двух: Tвзакр или Tвоткр, обозначив его как Tmax.
3.4 Проверка кулачков соединительной муфты
Работоспособность кулачков сцепных муфт определяется в основном их износом, который зависит от величины напряжений смятия на поверхностях контакта. Эти напряжения рассчитывают приближённо, считая, что нагрузка распределяется равномерно между кулачками прямоугольного профиля:
, (3.24)
где k = 1,2 – 1,5 – динамический коэффициент режима работы задвижки.
Из части 2 табл. 5 необходимо определить:
z – число кулачков сцепной муфты задвижки (z = 5);
– средний
диаметр кулачков;
l10 – высота кулачков;
– ширина
кулачков.
[σ]см для сталей типа 15Х, 20Х, 40Х и других, применяемых для изготовления кулачковых муфт. [σ]см = 500 ÷ 700 кг/см2 (включение на тихом ходу).
Кроме того, кулачки соединительных муфт проверяют на изгиб:
,
(3.25)
где
см3,
;
Tmax
– максимальный момент задвижки; [σ]из
см.
в литературных источниках (1, 2).
Если в результате проделанного проверочного расчёта какой-либо из элементов задвижки не удовлетворяет условиям прочности, то необходимо по согласованию с консультантом выбрать другой способ герметизации или более прочные материалы.
При положительном результате проверки максимальная осевая сила на шпинделе принимается за исходную при определении расчётного момента на выходном валу редуктора.
При закрывании задвижки:
, (3.26)
где Tвзакр – определяется по уравнению (3.21); Tбзакр – момент трения (кг·см) на торцевой поверхности бурта гайки.
,
(3.27)
d11 и d9 – см. часть 2 табл. 5.
Значения коэффициента трения fб для материалов сталь-бронза – 0,12 ÷ 0,15.
При больших условных проходах (Дy > 250 мм) для восприятия осевой нагрузки ставится упорный подшипник качения. В этих случаях в формулу (3.27) подставляют приведенный коэффициент трения-качения, который принимаем равным 0,01.
При открывании задвижки расчетный момент на выходном валу редуктора определяется из выражения:
,
(3.28)
Tвоткр определяется по уравнению (3.23).
,
(3.29)
где
.
В качестве расчетного принимают больший из моментов – Tmax.