Конструирование опорного узла
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Национальный аэрокосмический университет
им. Н. Е. Жуковского “ХАИ”
Кафедра 202
Съемник
Пояснительная записка к домашнему заданию по курсу
«Детали машин и Основы конструирования»
Выполнил: ____ ______________
(ФИО)
____________
(подпись, дата)
Проверил: ассистент каф. 202
_________________ Светличный С. П.
(подпись, дата) (ФИО)
Исходные данные
(вклеить или вшить бланк задания)
Содержание
| Введение | ||
| 1. Расчет винта | ||
| 1.1. Выбор материала | ||
| 1.2. Проектировочный расчет | ||
| 1.3. Конструирование опорного узла | ||
| 1.4. Проверочный расчет | ||
| 2. Расчет гайки | ||
| 2.1. Проектировочный расчет | ||
| 2.2. Проверочный расчет | ||
| 2.3. Расчет заплечика | ||
| 2.4. Расчет фиксирующего элемента | ||
| 3. Расчет рукоятки | ||
| 4. Расчет корпуса | ||
| 5. КПД механизма | ||
| Заключение | ||
| Список используемой литературы |
Введение
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, съемниках, подъемниках 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 съемник винтовой. Рассчитаны винт, гайка, корпус винтовой передачи.
Рисунок 1 – Съемник. Принципиальная схема
| Номер детали | Наименование |
| Винт | |
| Пята | |
| Гайка | |
| Рукоятка | |
| Корпус |
Расчет винта
Выбор материала
Материалом для винтов пары трения скольжения служат углеродистые стали обычного качества, качественные и легированные конструкционные стали. Материалом гаек винтовых пар, не испытывающих ударных нагрузок и не требующих большой точности, служит серый или антифрикционный чугун. Для точных и ответственных механизмов гайки изготавливают из бронз.
На проектирование заданы следующие материалы:
для винта - Сталь 45ГОСТ 1050-88,предел прочности sb = 610МПа; предел текучести sТ = 360МПа;
для гайки - БрО5Ц5С5ГОСТ Х613-82предел прочности sb = 176,2МПа.
Проектировочный расчет
Винт изделия работает на сжатие с продольным изгибом и кручение.
Диаметр винта определён из двух условий: прочности стержня, нагруженного продольной силой и износостойкости резьбы.
Условие прочности на сжатие с учетом устойчивости:
,(1)
откуда
,(2)
где F – осевая сила, Н; d1 – внутренний диаметр резьбы винта, мм; k – коэффициент, учитывающий скручивание тела винта моментом в опасном сечении, k = 1.3; j – коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения, выбираемый в соответствии с рекомендациями [4, табл. 2.3]; для винта, изготовленного из стали 45 и предварительно заданной гибкости [l] = 100 j = 0.5; – отношение внутреннего диаметра d0 к внешнему d1 полого сечения винта, a = 0.6; – допускаемое напряжение, МПа; sТ – предел текучести материала винта, МПа; S – коэффициент запаса прочности, S = 3.
Допускаемое напряжение
МПа.
Тогда
мм.
На износостойкость резьба скольжения рассчитана из условия ограничения удельного давления между витками резьбы винта и гайки, которое не должно превышать допускаемого , зависящего от материала винтовой пары и условий ее эксплуатации.
Условие износостойкости:
, (3)
откуда
, (4)
где d2 – средний диаметр витков резьбы, мм; H1 – – высота витка профиля резьбы, мм; Z – число витков резьбы; – коэффициент высоты гайки yH = 1.2 ,H– высота гайки, мм; – коэффициент высоты резьбы, yh = 0.75 ,Р – шаг резьбы, мм; [p] – допускаемое удельное давление, МПа, [p] =10 МПа (см. табл. 2.2, [4]).
Таким образом
мм.
По ГОСТ 10177-82 подобрана резьба с диаметрами d1 и большими, чем рассчитанные по формулам (2), (4). Параметры выбранной резьбы представлены в табл. 1, профиль – на рисунке 2.
Таблица 1
Размеры резьбы
| Шаг резьбы Р, мм | Диаметры резьбы, мм | |||
| винта | Винта и гайки | гайки | ||
| наружный d | внутренний d1 | средний d2 | внутренний D1 | |
| 20,5 | 24,25 | 20,5 |
Рисунок 2 – Профиль резьбы
Конструирование опорного узла
Для уменьшения потерь на трение между пятой вращающегося винта и неподвижной коронкой установлен стандартный упорный подшипник качения. Его размеры определены по условию С0Р < С0К, где С0Р - расчётная статическая грузоподъёмность, Н, С0К - грузоподъёмность подшипника по справочнику, Н [2].
Расчётная статическая грузоподъёмность:
С0Р = [S]Fa = 1.4×9500 = 13 300 Н, (5)
где [S]- допускаемый коэффициент запаса, [S] = 1,2…1,5, Fa - действующая на подшипник осевая сила, Н; Fa = F.
Выбран подшипник 8102ГОСТ 7872-89 со следующими параметрами: внутренний диаметр d = 15мм, наружный диаметр D = 28мм, высота Н =9мм,грузоподъёмность С0К= 14 000Н. Эскиз опорного узла представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Опорный узел
Момент трения в подшипнике
Нмм,
где = 0,005 - приведенный коэффициент трения в упорном подшипнике .
Проверочный расчет
Проверены условия самоторможения и прочности в опасном сечении.
Самоторможение в винтовой паре скольжения обеспечено, если:
, (6)
где – приведенный угол трения; y– угол подъёма средней винтовой линии резьбы.
Угол подъёма средней винтовой линии резьбы:
,
где n – количество заходов резьбы (принято n = 1).
Приведенный угол трения: , где b - угол, образуемый рабочей поверхностью витка с плоскостью, нормальной к оси винта, f =0.12 - коэффициент трения стали по литой бронзе при скудной смазке.
Условие самоторможения выполняется: 3.75 ° < 6.85 °.
Моменты сил трения и полезного сопротивления в резьбе при прямом ходе:
Нмм
Величина представляет собой полезное сопротивление, связанное с подъемом груза, а доля, определяемая величиной ,- сопротивление трения в резьбе.
Проверка винта на прочность выполнена в опасном сечении I-I (см. рис. 4).
Рис. 4 – Эпюра продольной силы и крутящего момента
Поскольку в сечении действуют одновременно нормальные и касательные напряжения, приведенные напряжения вычисляются по третьей теории прочности:
, (7)
где нормальные напряжения от сжатия
МПа;
касательные напряжения от кручения
МПа.
Тогда
МПа.
Условие прочности выполняется.
Расчет гайки
Проектировочный расчет
Гайка представляет собой цилиндрическую втулку (см. рис. 5), запрессованную в корпус, изготовленный из серогочугуна по ГОСТ 1412-82.
Рисунок 5 – Гайка
Предварительно (см. п. 1.1) коэффициент высоты гайки был принят 1.2. Тогда высоты гайки:
мм. (8)
В то же время высота не может быть менее НГ = zP, где z – количество витков резьбы гайки, которое определено из условия ограничения удельного давления, поскольку износ является основной причиной выхода резьбы из строя.
Для расчёта z использовано условие износостойкости в виде (3)
,
тогда
, (9)
где Н1 = ψhР = 0,75· 5 = 3,75 mm.
Количество витков z принято равным 5.
Таким образом, минимальная высота гайки:
мм. (10)
Из двух значений, рассчитанных по (5) и (6), выбрано большее и округлено до ближайшего значения из нормального ряда. Окончательно НГ =30 mm.
Тело гайки подвергается кручению и сжатию, поэтому наружный диаметр гайки D определён из условия прочности:
, (11)
где допускаемое напряжение сжатия для бронзы, МПа:
МПа.
Тогда
мм.
Если толщина стенки гайки оказалась слишком малой, тогда наружный диаметр гайки определяют конструктивно:
DГ = d + (2…4)Р = 28 +(2…4)· 5 = 38…48 мм.
С учётом приведения к размеру из нормального ряда и условия, что толщина гайки должна составлять не менее 6 мм, наружный диаметр принят равным 40 мм.
Проверочный расчет
Кроме деформации смятия по рабочей поверхности, витки резьбы испытывают деформации изгиба и среза по корневому цилиндрическому сечению. В работе проверены витки гайки, поскольку она сделана из менее прочного материала, чем винт. При расчёте предполагалось, что осевое усилие распределяется по виткам равномерно и угол подъёма настолько мал, что изначальную винтовую линию резьбы можно заменить кольцом. Затем это кольцо условно разрезано и развёрнуто (см. рис. 6).
Рисунок 6 – Расчетная схема витка резьбы
Условие прочности витка на изгиб как консольной балки:
, (12)
где – толщина ниток резьбы в корневом сечении, для упорной резьбы 0.74; допускаемые напряжения изгиба для бронзы, МПа.
МПа.
Тогда
,
условие выполнено.
Условие прочности витков на срез:
, (13)
где MPa – допускаемые напряжения среза, МПа.
Тогда
,
условие выполнено.
Расчет заплечика
Размер заплечика D (см. рис. 7) определен из условия ограничения смятия гайки под действием силы F:
(14).
Допускаемые напряжения смятия для бронзы приняты равными:
МПа.
Рисунок 7 – Размеры заплечика
Тогда
мм.
Рассчитанный размер заплечика оказался слишком мал, поэтому определим его конструктивно, в соответствии со следующей рекомендацией D=(1.5…1.7)c = 4 мм, где c – размер фаски, мм. Размер фаски зависит от наружного диаметра винта.
Высота заплечика hопределена из условия изгиба его под действием силы F без учёта запрессовки и трения на поверхности гайки. При этом, как и при расчёте витка резьбы, изначальное кольцо разрезано и развёрнуто. Принято также, что сила приложена на максимальном удалении от опасного сечения, т.е. на краю отверстия.
Тогда условие прочности заплечика на изгиб как консольной балки:
(15),
где [sи] – допускаемые напряжения для материала гайки, [sи] = 58,7 МПа [1].
Отсюда
мм.
Принято h = 6 мм.