Домкрат винтовой

3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет

Им Н.Е. Жуковского

«ХАИ»

Пояснительная записка к курсовому проекту

Дисциплина “Конструирование машин и механизмов”

ДОМКРАТ ВИНТОВОЙ

Харьков - 2005

Содержание

Введение

1. Основные исходные данные

2. Расчёт винта

3. Расчет пяты

4. Расчёт гайки

5. Расчёт рукоятки

6. Расчёт и проектирование корпуса механизма

7. Определение КПД механизма

Заключение

Список использованных источников

Введение

домкрат винтовой авиационная техника расчет

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом обеспечивается очень большой выигрыш в силе. Такие передачи широко используются в авиационной технике: в домкратах, съёмниках, подъёмниках шасси и др.

Преимущества такой передачи - это большая несущая способность при малых габаритах, возможность достижения высокой точности перемещения, простота конструкции и изготовления.

Недостатком является маленький КПД таких передач.

В данной работе спроектирован домкрат винтовой. Рассчитаны винт, гайка, корпус винтовой передачи.

1. Основные исходные данные

1. Действующая сила (H) F=10000;

2. Размер H _max (мм ) =500;

3. Ход винта h=0,4 H _max;

4. Тип резьбы ГОСТ 9484.

Так как механизм ответственный и испытывает большую нагрузку, то материалы винта назначаем из качественной стали, а для гайки - из бронзы.

Для винта: Сталь 45 (_в= 610 _т=360);

Для гайки: БрА9Мц2Л ГОСТ493-41 (_в=400).

2. Расчёт винта

Во всех случаях винт работает на сжатие (растяжение) и кручение. Винты должны одновременно удовлетворять условию прочности при продольном изгибе и условию допускаемой гибкости:

;

;

Наиболее допускаемая гибкость для грузовых винтов . Задаёмся гибкостью и коэффициентом запаса - , S=5. Допускаемые напряжения для стальных винтов определяются по формуле:

;

Находим диаметр винта по критериям, определяющим работоспособность передачи винт-гайка, исходя из условий: прочности на сжатия с учётом устойчивости, допускаемой гибкости, износостойкости рабочих поверхностей витков резьбы.

а) Условие прочности на сжатия с учётом устойчивости.

,

где k - коэффициент, учитывающий скручивание тела винта моментом в опасном сечении. Принимаем k=1,3;

- коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения , =0,9;

- отношение внутреннего диаметра d₀ к внешнему d₁ (для сплошного сечения ).

б) Условие по допускаемо гибкости.

,

где - коэффициент приведённой длины винта, который равен 2;

- коэффициент полноты сечения, 0,25;

- свободная длина винта,;

;

в) Износостойкость рабочих поверхностей витков резьбы.

где d₂ - средний диаметр резьбы винта;

=H /d₂ - коэффициент высоты гайки (для ходовых винтов принимают

конструктивно 1,2…2,5);

H- высота гайки;

=h /P - коэффициент высоты резьбы (h- высота профиля резьбы, Р - шаг резьбы). Для трапецеидальной резьбы =0,5;

[q] - допускаемое удельное давление. [q]=10 МПа;

.

По наибольшему диаметру подбираем резьбу (вычисленному по допускаемой гибкости):

Таблица 1 - Параметры резьбы

Рис.1 - Резьба трапецеидальная

Проводим проверочные расчёты на условие самоторможения и на прочность в опасном сечении.

Расчёт на условие самоторможение.

Угол подъёма средней винтовой линии резьбы:

,

где P - шаг резьбы;

d₂ - средний диаметр резьбы;

і-количество заходов.

Приведенный угол трения: , .

Условие самоторможения выполняется.

Дальше выполняем проверку винта на прочность в опасном сечении:

;

;

.

Условие прочности выполняется.

3. Расчет пяты

Осевую нагрузку вращающийся винт воспринимает посредством упорного подшипника-пяты. Конструкция пяты может быть плоской, кольцевой, сферической, в виде упорного или радиально-упорного шарикового подшипника.

Сферическая пята обеспечивает минимальный поверхностный контакт, что обуславливает более низкое трение. Конструктивно такая пята обычно выполняется со стальным сферическим вкладышем, опирающимся на плоский торец вала винта с высокой поверхностной твердостью.

В качестве материала для изготовления сферической пяты скольжения принимаем сталь ШХ15, которая имеет HRC=59.

Определим радиус сферы из уравнения Герца:

;

;

,

где [у_н]=(30…80)HRC.

Проведем проверочный расчет. В месте контакта с пятой винт будет испытывать контактные напряжения вместе с пятой. Проверим выполнение условия прочности:

.

Значение у_сж было получено ранее и составляет 30,42МПа. Определим скручивающее напряжение. Для этого определим значение М_тр в месте контакта

где а- радиус площадки контакта:

.

Условие прочности запишем в виде:

[у] ц > у_пр.

ц=0,6,

имеем в виду, что у_пр не должно превышать величины в 43,2МПа. Проверим это:

.

Условие выполняется.

4. Расчет гайки

Гайки обычно изготавливаются из материалов, имеющих в паре со стальным винтом низкий коэффициент трения и хорошую износостойкость. К таким материалам относятся оловянистые и безоловянистые бронзы, латунь, металлокерамика и антифрикционный чугун. Принимаем, что гайка изготовлена из оловянистой бронзы БрА9Мц2Л ГОСТ493-41 (_в=400);

Гайки выполняются в виде цилиндрических втулок, которые запрессовываются или ввинчиваются в подвижный или неподвижный корпус. В данном случае конструкцию гайки выбираем таким образом, чтобы распределение нагрузки по виткам резьбы было наиболее равномерным.

При расчёте резьб гаек допускается, что осевое усилие распределяется по виткам равномерно, а угол подъёма витков настолько мал, что их можно рассматривать в виде плоских круговых колец. В гайке рассчитывают резьбу (на изгиб, срез и удельное давление), основные её размеры (H, D), а также отдельные элементы (посадка в корпус, упорный буртик , фиксирующие детали и др.).

Рис.2 - Конструкция гайки

Тело гайки подвергается кручению и сжатию. Наружный диаметр тела гайки определяется из условия прочности:

где k -коэффициент, учитывающий скручивание тела гайки, k=1,3;

допускаемое напряжение сжатие или растяжении

, ;

.

Наружный диаметр принимаем , диаметр мал поэтому назначаем его конструктивно .

Число витков определяем из уравнения:

Высота гайки:

Проводим проверку витков резьбы на прочность, так как материал гайки обладает более низкими механическими свойствами, чем материал винта. Исходя из условия прочности витка на срез:

а) Проверка на срез:

,

где - ширина витка в корневом сечении резьбы: ;

б)Проверка на изгиб:

где p-равномерно распределенная нагрузка:

Условия выполняются.

Размер заплечика определяем из условия смятия материала гайки под действием силы F по уравнению:

,

Из конструкторских соображений принимаем =4 мм.

Высоту заплечика определяется из условия изгиба под действием нагрузки F, без учёта запрессовки и трения на поверхности гайки, по уравнению:

.

Гайку в корпус ставим по посадке с гарантированным натягом. Для уменьшения натяга гайку в корпусе фиксируем штифтом, который должен удерживать гайку от проворачивания при работе механизма.

Рис.3 - Соединение гайки с корпусом с помощью штифта

Расчет штифта выполним из условия его среза по сечению или смятия поверхности под действием момента винтовой пары:

Принимаем d₀ равный 8 мм. Проверим выполнение условия прочности при работе на смятие:

Принимаем из конструктивных соображений .

По справочнику подбираем штифт: Штифт 8Г10 ГОСТ 3128-70.

5 .Расчёт рукоятки

В переносных винтовых механизмах чаще всего применяются перекидные рукоятки либо рукоятки с трещотками.

Материал рукоятки Сталь 5: у _в=550МПа, у_Т=270МПа

Длина рукоятки определяется из условия:

M_p=M_B.P=Ql_p;

,

где Q=150Н.

Диаметр рукоятки определяется из условия прочности на изгиб:

;

;

.

Проверим прочность материала:

.

6. Расчет и проектирование корпуса механизма

Корпус домкрата выполняют литым из чугуна с толщиной стенки мм.

Рис.4 - Корпус домкрата

Материал корпуса испытывает напряжения сжатия от силы веса поднимаемого груза и напряжения от действия момента винтовой пары.

Корпус домкратов для обслуживания авиационных изделий представляет собой пространственную конструкцию, из стальных (25ХГС, 30ХГС) или дюралевых (Д-16) труб или уголков.

Тогда

.

Опорная плита домкрата квадратная. Её площадь подбирается из условия смятия материала, на который устанавливается домкрат. Для дерева [] = 1...2 МПа:

, необходимый диаметр 79 мм.

Толщина плиты принимается равной , проверяется по условию прочности на изгиб:

Для круглой плиты

,

,

,

.

7. КПД механизма

Коэффициент полезного действия винтовой пары скольжения определяется по формуле:

Таким образом, = 0,326 = 32,6 %.

КПД механизма:

Заключение

В данной работе был рассчитан и спроектирован домкрат винтовой Подобраны материалы деталей конструкции, а также проведены проверочные расчёты деталей на прочность. Закреплён и усвоен материал читаемого курса и приобретены первичные навыки конструкторской работы,

Коэффициент полезного действия данной винтовой передачи равен 32,6%. Это значение далеко от максимального значения КПД винтовой передачи, что указывает на то, что передача, в основном, работает на трение.

Список использованных источников

1.Решетов Д.Н. «Детали машин». М., «Машиностроение»,1975. 496 с.

2. Ефоян А.С., Дорофеев В.Г., Муравьева В.А., Шебанов И.Г. Проектирование винтовых механизмов авиационных устройств и роботов. Учебное пособие. Харьков: ХАИ,1989. 87 с.

3..Яковлев Ю.В. Расчет и проектирование устройств с винтовой передачей. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию.Харьков:ХАИ,1978. 85 с.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М., «Машиностроение»,1979.

5. Иванов М.Н. «Детали машин».Курсовое проектирование.М., «Высшая школа»1975. 551 с.