В. Н. Бельков
Ф
едеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
В.Н. Бельков
ОСНОВЫ РАСЧЁТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ
ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Учебное пособие
Допущено УМО вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Омск
Издательство ОмГТУ
2
008
УДК 621.866.14(075)
Б
БК 34.443я73
Б 44
Рецензенты:
Ахтулов Алексей Леонидович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Управление качеством» СибАДИ;
Блинов Виктор Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заместитель главного конструктора КБ ПО «Полёт»
Бельков, В.Н.
Б44 Основы расчёта и конструирования винтовых механизмов: учеб. пособие / В. Н. Бельков. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 160 с.
ISBN 978-5-8149-0523-9
Учебное пособие посвящено конструированию оригинальных механических винтовых устройств и предназначено для более глубокого изучения основ конструирования деталей машин. Установлены последовательности выполнения работы, правильное сочетание расчета и конструирования, выбор материалов и термообработки, обеспечение технологичности конструкции, выполнение условий сборки и т. д. Изложенный материал приведён к форме, наиболее удобной для использования при курсовом проектировании.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
УДК 621.866.14(075)
ББК 34.443я73
ISBN 978-5-8149-0523-9
© Омский государственный
технический университет, 2008
Введение
Выполнение курсового проекта по деталям машин – первая самостоятельная творческая работа, в ходе которой у студентов, не имеющих опыта проектирования, возникает много трудностей. К ним относятся: установление последовательности выполнения работы, правильное сочетание расчета и конструирования, выбор материалов и термообработки, обеспечение технологичности конструкции, выполнение условий сборки и т. д. Решение этих задач занимает у студентов много времени. Изложенные в предлагаемом пособии рекомендации и вспомогательные материалы будут способствовать освобождению времени для более глубокого изучения приемов конструирования.
Пособие по структуре, содержанию и методике ориентировано на задания в виде несложных, оригинальных механических винтовых устройств.
Пособие состоит из трёх частей и приложения: в первой и второй излагается расчет, в третьей – принципы конструирования деталей машин и механизмов, в приложении даны типовые задания.
Проверочный расчет излагается в пособии после проектировочного, числовые примеры исключены, однако весь ход расчета дается в рациональной последовательности.
Пособие снабжено справочными таблицами и другими данными, необходимыми для выполнения расчетной и конструкторской части проекта (задания). Весь материал дан в сокращенном виде в пределах значений, необходимых для выполнения проекта.
1. Расчёт винтовых механизмов
Винтовые механизмы, основанные на передаче «винт–гайка», применяют в винтовых домкратах и прессах, гибочных, зажимных приспособлениях (струбцины, стяжки, слесарные тиски), механизмах подачи станков, подъема крановых стрел и т. д.
В задании на проектирование винтового механизма с ручным приводом указывается его конструктивная схема, полезная нагрузка и один или несколько главных размеров. Недостающие для расчета и вычерчивания данные следует выбирать самостоятельно. Таким образом, расчет винтового механизма необходимо начать с выбора недостающих исходных данных – расчётной нагрузки, материалов, допускаемых напряжений и типа резьбы. В некоторых механизмах полезная нагрузка не задана и ее приходится подсчитывать.
Ниже излагаются этапы проектирования винтового механизма в рекомендуемой последовательности их выполнения.
1.1. Расчет винтовой пары
1.1.1. Выбор расчетной нагрузки
На резьбовую пару винтовых механизмов нагрузка прикладывается центрально или эксцентрично. В первом случае расчетная нагрузка FВ равна полезной нагрузке F.
Определение нагрузки FВ при эксцентричном нагружении резьбовой пары рассмотрим на примере слесарных тисков, расчетная схема которых показана на рис.1.1. В этом случае винт 1 испытывает центральную нагрузку FВ благодаря тому, что возникающий от нецентрально приложенной силы F момент N воспринимает направляющая 2.
Принимая, что на направляющей удельная нагрузка q распределена по треугольному закону и что её равнодействующая М приложена в центрах тяжести этих треугольников, получим
FВ = F + 2N∙f , (1.1)
где 2N∙f – сила трения на направляющей при перемещении губки 3; f – коэффициент трения скольжения.
Для механически обработанных периодически смазываемых направляющих из черных металлов f = 0,15–0,18.
Принимая во внимание, что
N = M / c = ( F (a + b) – FВ) / c,
получим
FВ = F + 2f ( F (a + b) – FВ b) / c,
или после преобразований
FВ = F (1 + a / (b + c / 2f)) = F·K . (1.2)
Рис. 1.1. Нецентрально нагруженная винтовая пара:
а – со сплошной направляющей; б – прерывистой направляющей