Дипломная работа на тему "Конструирование винтового механизма"

ГлавнаяПромышленность, производство → Конструирование винтового механизма




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Конструирование винтового механизма":


Омский государственный технический университет

Кафедра «Детали машин»

Пояснительная записка.

Разработка винтового механизма

Студент Группа

Руководитель проекта

2005 г.

1. Расчет винтовой пары

1.1 Выбор расчетной нагруз ки

На резьбовую пару винтовых механизмов нагрузка прикладывается центрально, следовательно расчетная нагрузка FВ равна полезной нагрузке F:

FВ = 12 кН.

1.2 Материалы и допускаемые напряжения винта и гай ки

Для изготовления деталей резьбовой пары применяют антифрикционные материалы с целью снижения потерь на трение. При этом винт выполняют всегда из сталей 35, 45, 40Х или Ст. 4, Ст. 5, Ст. б в улучшенном (закалка с высоким отпуском) или нормализованном состояниях.

Для изготовления гаек в виде вкладышей используют бронзы оловянистые и безоловянистые марок Бр. А9-Ж4; Бр. 010-Ф1; Бр. Об-Ц6-С3 и др., а также серые чугуны марок СЧ15; СЧ20 и др. В зажимных механизмах гайки выполняют из мягких сталей Ст. 2, Ст. 3, сталей 15, 20, 25.

Допускаемые напряжения [s] для винтов, стальных и чугунных гаек выбирают дифференциальным способом.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где sпр - предельное напряжение материала, n - допускаемое значение коэффициента запаса прочности. Рекомендуют следующие допускаемые напряжения для бронзовых гаек: [tср] = 30 МПа; [sр] = 40 – 45 МПа; [sиз] = 45 – 50 МПа; [sсм] = 60 МПа.

Выполним расчет для винта, изготовленного из стали 45, и гайки, выполненной из бронзы марки Бр. 010-Ф1.

Допускаемые напряжения винта:

объемная закалка, HB 335 - 490, [sВ] = 1000 МПа; [sТ] = 750 МПа; [s-1] = 430 МПа.

Заказать дипломную - rosdiplomnaya.com

Новый банк готовых успешно сданных дипломных работ предлагает вам написать любые работы по нужной вам теме. Высококлассное выполнение дипломных работ по индивидуальным требованиям в Ижевске и в других городах России.

Допускаемые напряжения гайки:

[tср] = 30 МПа; [sр] = 42,5 МПа; [sиз] = 47,5 МПа; [sсм] = 60 МПа.

1.3 Выбор типа резьбы

Свойства резьбы определяются относительной толщиной витка у основания ya= a / p, относительной высотой витка yh= h / p и рабочим углом g. Для каждого типа резьбы эти параметры постоянны. Параметр ya, определяет прочность витков резьбы на изгиб и срез; yh - характеризует стойкость витков резьбы на износ, а параметр у обусловливает КПД винтовой пары.

Применение каждого типа резьбы определяется соответствием ее параметров ya, yh, g предъявляемым к механизму требованиям.

Трапецеидальная резьба (см. рис. ниже) – основной тип резьбы для винтовых механизмов, широко применяется благодаря универсальности свойств. Прочность (ya = 0,67), стойкость на износ (yh = 0,5) и КПД (g = 15°) удовлетворительные. Технологичность трапецеидальной резьбы хорошая, так как ее можно нарезать инструментом любого типа. Резьба стандартизирована, ее параметры определены ГОСТ 9484-81.

Упорная резьба наиболее приспособлена к работе в условиях большого трения и износа. Превосходит трапецеидальную резьбу по стойкости на износ (yh = 0,75) и КПД (g = 3°). Прочность витков (ya = 0,7), а технологичность упорной и трапецеидальной резьб примерно одинаковы. Упорная резьба стандартизована, ее размеры даются в ГОСТ 10177-82. Из-за несимметричности профиля упорная резьба может применяться только в нереверсивных механизмах, т. е. в таких, где рабочая нагрузка имеет одно направление.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Ленточная (прямоугольная) резьба по свойствам близка к трапецеидальной резьбе. Размеры резьбы не стандартизованы. Резьбу делают квадратной ya = yh = 0,5. Шаг и диаметры резьбы удобно назначать по стандарту на трапецеидальную резьбу. Уступая по прочности трапецеидальной резьбе, ленточная резьба превосходит ее по КПД (g = 0°).

Технологичность ленточной резьбы невысока, т. к. ее можно нарезать только резцом. Однако винтовые механизмы с ленточной резьбой обеспечивают наибольшую точность перемещений. Поэтому ее применяют для ходовых винтов особо точных механизмов подач.

Метрическая резьба - основной тип резьбы для болтовых соединений, обладает высокой прочностью (ya = 0,875), удовлетворительной стойкостью на износ (yh = 0,54) и низким КПД (g = 0°), технологичность ее - отличная.

В винтовых механизмах применение метрической резьбы ограничивается зажимными приспособлениями, где по условиям самоторможения выгодно иметь большое трение. Для уменьшения износа применяется резьба только с крупным шагом. Резьба стандартизована, ее размеры даются в ГОСТ 24705-81.

Сопоставив параметры и технологичность тех или иных резьб, остановим выбор на трапецеидальной резьбе: ya = 0,67, yh = 0,5, g = 15°.

1.4 Расчёт резьбовой пары на износ

Износостойкость резьбы является основным критерием, определяющим работоспособность винтовой пары. Поэтому размеры резьбы находят из ее расчета на износ по удельной нагрузке, которую принимают равномерно распределенной по виткам гайки. Таким образом, удельная нагрузка (см. рис.):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где FВ – нагрузка на винт, Н; z – число витков гайки; АУСЛ – условная площадь витка, мм, q – допустимая из условия износа удельная нагрузка на виток, МПа.

Выразив z и АУСЛ через шаг резьбы р, относительную высоту гайки как yH = H / d2 и относительную высоту витка yh = h / p (h - расчетная высота витка), получим

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Откуда средний диаметр резьбы

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

а высота гай ки

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рекомендуется принимать yH = 1,2 – 2,5.

Значения, близкие к верхнему пределу, следует применять когда винт работает только на растяжение.

Относительную высоту гайки yH примем равной 1,3, т. к. винт работает на растяжение и на сжатие.

Рекомендуемая удельная нагрузка [q], МПа и коэффициенты трения f в винтовой паре даны в таблице.


--------------------------------------------------
Материалы винтовой пары | Условия смазки |
---------------------------------------------------------
Отличные | Средние | Плохие |
---------------------------------------------------------
[q] | f | [q] | f | [q] | f |
---------------------------------------------------------
Бронза-сталь | 12 | 0,07 | 8 | 0,09 | – | – |
---------------------------------------------------------
Чугун-сталь | – | – | 6 | 0,11 | 4 | 0,13 |
---------------------------------------------------------
Сталь-сталь | – | – | – | – | 15 | 0,15 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Условия смазки примем средними, т. е [q] = 8 МПа, f = 0,09.

Вычислим средний диаметр резьбы:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

и высоту гайки:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

1.5 Выбор шага резьбы

По d2 из ГОСТ 9484-81 выбираем основные размеры стандартной резьбы: d – наружный диаметр; d2 - средний диаметр; d1 – внутренний диаметр; p - шаг резьбы.

Для каждого диаметра имеются крупный, нормальный и мелкий шаги.

Крупный шаг позволяет получить высокий КПД винтовой пары.

Мелкий шаг выгоднее с точки зрения выигрыша в силе.

Выбор шага резьбы:

1. В ручных механизмах выигрыш в силе важнее КПД, поэтому в них предпочитают мелкий и нормальный шаги; мы примем нормальный шаг, т. к. он является предпочтительным.

2. Условия работы механизма требуют, чтобы винтовая пара была самотормозящаяся, то шаг резьбы подсчитывается из условия самоторможения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. или Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. или Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

отсюда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где a – угол подъема винтовой линии; jE – приведенный угол трения.

Вычислим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

3. Выбирают тот шаг, для которого число витков z = Н / р невелико, так как число витков в гайке не должно быть более 15. Вычислим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

На основании расчетных данных выбираем из ГОСТ 9484-81 конкретную резьбу с параметрами: d = 32 мм, p = 6 мм, d1 = 25 мм, d2 = 29 мм, D4 = 33 мм, D1 = 26 мм, aC = 0,5 мм. Уточним значения H и z:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.примем H = 38 мм;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.примем z = 6,3.

1.6 Проверка витков резьбы на прочность

В винтовой паре наиболее слабым являются витки гайки, так как они делаются из менее прочного материала, чем витки винта.

При составлении расчетной схемы (см. рис.) виток развёртывают и рассматривают как консольную балку, нагруженную посередине консоли силой FВ / z, условно считая нагрузку равномерно распределенной между витками.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Проверочный расчёт витка на прочность состоит в определении действующих в опасном сечении напряжения среза tСР и напряжения изгиба sИЗ.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где a = 0,67p;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где h = 0,5p;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Условия прочности выполняются.

Расчетные значения толщины витка у основания a и высоты витка h приведены на рис. п.1.1.3.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

1.7 Конструирование и проверочный расчет элементов гаек

Главные размеры детали (для гаек - высота и диаметр резьбы) берут из расчета. Форму детали и основные ее размеры определяют путем прочерчивания по конструктивным, технологическим и эстетическим соображениям. Широко используют также аналогии с существующими конструкциями. Затем, как заключительный этап проектирования, проводят проверочный расчет на прочность опасных сечений детали. Такая последовательность проектирования деталей является обычной для конструкторской практики.

Конструктивные соображения принимаемые во внимание при выборе формы и размеров детали, учитывают уменьшение изгибающих моментов, возможность общей компоновки узла, возможность присоединения деталей друг к другу и т. п.

Технологические соображения учитывают возможность наиболее простого изготовления детали.

По эстетическим соображениям деталь должна иметь красивую форму и гармоничные соотношения размеров не в ущерб технологичности изготовления.

Основные размеры деталей, найденные путём прочерчивания или из каких-либо других соображений, должны быть округлены по ГОСТ 6636-69 на линейные размеры. Округление размеров деталей делают для облегчения их изготовления и контроля, так как оно сокращает номенклатуру режущих, деформирующих и мерительных инструментов.

Чтобы получить удачную, совершенную конструкцию, в нее надо вводить все то положительное, что есть в ранее созданных образцах. Образцы существующих конструкций можно найти в атласах конструкций [2].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Наибольшее распространение в винтовых механизмах имеют круглые гайки-вкладыши с буртиком (см. рис.) и без буртика. В качестве расчетной остановимся на гайке с буртиком.

Гайку проверяют на растяжение:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где kКР = 1,25 – коэффициент кручения.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

DГ ³ D4 +16 мм, DГ ³ 49 мм.

Примем: DГ = 50 мм.

По диаметру DГ гайка шлифуется, поэтому необходимо учесть канавку (параметры определены по ГОСТ 8820-69: см. в табл.) для выхода инструмента. Т. к. гайка и втулка образуют соединение посадкой с натягом, то необходимо учесть входные фаски a ´ 10° и A ´ 10°, где a = 0,5 мм, A = 1 мм.

--------------------------------------------------
Размеры в мм |
---------------------------------------------------------
b | d1 | R | R1 |
---------------------------------------------------------
3 | 49,5 | 1,0 | 0,5 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Буртик гайки проверяют на срез и изгиб, так как он работает подобно витку резьбы. В качестве нагрузки на буртик берется расчетная нагрузка на винтовую пару. Торцовые поверхности этих гаек (на рис. не показано) имеют форму кольца и проверяются на смятие.

На смятие:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Примем: Dб = 55 мм.

На изгиб:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

а срез:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Из расчета на изгиб и срез принимаем: hб = 3,4 мм.

По ГОСТ 10549-63 размер фаски для внутренней трапецеидальной однозаходной резьбы составляет 3,5´45°.

1.8 Расчет винта на прочность и устойчивость

Размеры резьбы известны из расчета, а длину винта определяют прочерчиванием с учетом хода и высоты гайки.

Проверочные расчеты винта необходимы для проверки пригодности его размеров с точки зрения прочности и продольной устойчивости.

Расчет винта на прочность начинают с составления расчетной схемы (см. рис. ниже), первая часть которой - условное изображение узла (см. рис. а).

Вторая часть - схема нагружения винта вращающими моментами (см. рис. б). Момент торцового трения ТТ и момент на рукоятке ТРУК считают сосредоточенными, а момент в резьбе ТРЕЗ - равномерно распределённым по высоте гайки. Величина ТТ подсчитывается по формулам из п.1.2.1. Момент в резьбовой паре подсчитывается по известному из теории винтовой пары соотношению

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис: а – пресс; б – схема нагружения винта; в, г – эпюры ВСФ.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Третья часть - эпюры внутренних силовых факторов (ВСФ), действующих в сечениях рассчитываемой детали. В рассматриваемых случаях винт испытывает действие сжимающих сил (рис. в) и крутящих моментов (рис. г). Третья часть расчетной схемы дает представление о видах деформаций детали.

Согласно расчетной схеме (см. рис.) винт работает на сжатие с кручением.

Расчетная схема дает представление о положении опасного сечения в котором нужно рассчитывать деталь. Опасное сечение соответствует максимуму внутренних силовых факторов. На расчетной схеме (рис.) опасное сечение находится на участке винта между рукояткой и гайкой. В этом сечении действуют сжимающая сила FВ и крутящий момент ТРЕЗ.

Проверка прочности винта в опасном сечении производится по III гипотезе прочности, она в большей степени учитывает кручение и является наиболее подходящей для стали:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где А и WР1 - площадь и полярный момент сопротивления сечения винта по внутреннему диаметру резьбы; [sР] - допускаемое напряжение для стали на растяжение-сжатие выбирается дифференциальным способом, но не более, чем sТ / 3.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определим допускаемое напряжение:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где sт – предельное напряжение текучести; ks - коэффициент концентрации напряжений; e - масштабный коэффициент; S – коэффициент запаса прочности:

S = S1 · S2 · S3,

где S1 – коэффициент, характеризующий соответствие расчетной нагрузки фактическому напряжению; S2 – коэффициент, характеризующий неоднородность материала; S3 – коэффициент, характеризующий ответственность узла.

Примем:

S1 =1,35;

S2 =1,1 (прокат);

S3 =2,5 (поломка может вызвать травму рабочего или порчу дорогостоящего агрегата, детали или узла).

Вычислим: S = 1,35 · 1,1 · 2,5 = 3, 7125;

Допускаемое напряжение:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Проверка прочности винта:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.условие прочности выполняется.

Винты, подверженные сжимающей нагрузке, проверяют также на продольный изгиб. За расчетное принимают крайнее положение гайки, при котором винт подвергается сжатию на максимальной рабочей длине его по условию

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где j - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при продольном изгибе (см. таблицу) в зависимости от гибкости винта l = ml / i; l - свободная длина винта - расстояние между опорой винта и серединой гайки (ml - приведенная длина винта); m - коэффициент приведения длины зависит от способа закрепления концов винта (см. рис.); i - осевой радиус инерции сечения винта:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где J - осевой момент инерции сечения винта; A - площадь сечения.

В обычных домкратах концы винта можно считать шарнирно-закрепленными из-за зазоров в узлах и принимать m = 1.

--------------------------------------------------
l | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 |
---------------------------------------------------------
j | 1,00 | 0,98 | 0,96 | 0,93 | 0,89 | 0,85 | 0,80 | 0,7 | 0,5 | 0,37 | 0,28 | 0,23 | 0,19 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Осевой момент инерции сечения винта определяют по формуле

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где d и d3 - наружный и внутренний диаметры резьбы винта.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Произведем вычисления:

1) m = 1,

2) из прорисовки определяем l = 240,75 мм,

3) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

4) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (см. п.1.1.8),

5) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

6) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.винт в проверке устойчивости не нуждается.

2. Расчёт прочих деталей винтового механизма

2.1 Разработка опорных узлов винтового механизма

В качестве опорного узла домкрата используется кольцевая пята (см. рис.).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

пределим основные размеры опорного узла:

BП = (1,5..2,0)·d, BП = 1,75·d = 1,75·32 = = 56 мм » 60мм;

dВ = (1/3..1/2)·d, dВ = (5/12)·d = (5/12)·32 = = 13,(3) мм » 14 мм;

dН = 1,8·d = 1,8·32 = 57,6 мм » 60 мм;

DН = (2,4..2,5)·d, DН = 2,45·d = 2,45·32 = = 78,4 мм » 80 мм;

BГ = 1,5·d = 1,5·32 = 48 мм;

dР = (1/3..1/2)· BГ, dР = (1/3)·BГ = (1/3)·48 = = 16 мм;

Выбранные размеры округлены до стандартных согласно ГОСТ 6636-69.

Материал пяты: чугун (СЧ15).

Подсчитаем момент торцевого трения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Пята изготовляется путем отливки.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где L, B, H – габаритные размеры отливки (соответственно длина, ширина, высота), мм;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

d примем равным 5 мм.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

r примем равным 3 мм.

2.2 Разработка узла рукоят ки

Расчет узла рукоятки (см. рис.) сводится к определению ее длины (LРУК) и диаметра (dР). Сначала подсчитывают момент на рукоятке

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

TРУК = TРЕЗ + TТ / U,

где U - передаточное число зубчатой передачи, если она предусмотрена между рукояткой и винтом для выигрыша в усилии на рукоятке. Но в нашем случае она не предусмотрена и U = 1.

TРУК = TРЕЗ + TТ = 137,6968 Н·м + 41,348 Н·м = 179,04 Н·м.

Зная TРУК, можно определить расчетную длину рукоятки как

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.100 см,

где QРАБ – усилие рабочего на рукоятке, принимаемое по таблице.

--------------------------------------------------
Рекомендуемые усилия рабочего на рукоятке винтовых механизмов |
---------------------------------------------------------
Режим работы | QРАБ(Н) |
---------------------------------------------------------
Непрерывная работа | До 120 |
---------------------------------------------------------
Периодическая работа | До 160 |
---------------------------------------------------------
Кратковременная работа | До 240 |
---------------------------------------------------------
То же в исключительных случаях | До 300 – 400 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 240 Н.

Для уменьшения LРУК предусматривают работу одновременно двух рабочих.

Чтобы учесть неравномерность их работы, усилие 2Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. умножают на коэффициент неравномерности работы 0,8:

QРАБ = 2Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.·0,8 = 2·240 Н·0,8 = 384 Н.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Примем LРУК равной 480 мм. В натуре длина рукоятки большее и составляет 500 мм.

Короткие рукоятки делают сплошными.

Рукоятки проверим на прочность (на изгиб по схеме консольной балки (см. рис.)) по формуле

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Материал рукоятки: сталь 40Х (термическая обработка - улучшение).

Определим допускаемое напряжение:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где sт =650 МПа.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

увеличим диаметр рукоятки dР до 20 мм:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.условие выполняется.

На конце рукоятки устанавливается пластмассовая ручка (см. рис. ниже), которая выбирается по нормали машиностроения МН 6 – 64. Исполнение I, размеры в мм приведены в таблице.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

--------------------------------------------------
Общие размеры | Пластмассовая ручка |
---------------------------------------------------------
D | 50 | D2 | 52 |
---------------------------------------------------------
D1±0,5 | 20 | d | 12 |
---------------------------------------------------------
d1 | М12 | l | 24 |
---------------------------------------------------------
r | 1,0 |
---------------------------------------------------------
b | 2,0 |
---------------------------------------------------------
c | 1,8 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

2.3 Конструирование и проверочный расчет элементов втул ки

Конструкция втулки изображена на рисунке. Фаска A ´ 10° входная (см. п.1.1.7). Размеры на рисунке:

c = 2,5 мм,

r = 2 мм,

A = 1 мм.

Расчет втулки аналогичен расчету гайки в силу схожести конструкций.

Материал втулки – сталь 20:

[sР] = 95 МПа; [sСМ] = 175 МПа; [sИЗ] = 95 МПа; [tСР] = 45 МПа.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

При выборе допускаемых напряжений учитывался знакопеременный характер нагрузки. Термообработка – нормализация.

Проверим втулку на растяжение:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где kКР = 1,25 – коэффициент кручения.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Т. к. втулка изготавливается путем отливки, необходимо выполнение условие

DВТ ³ DГ +18 мм,

DВТ ³ 68 мм. Но, учитывая применение сварки, примем DВТ = 90 мм.

По диаметру DГ втулка растачивается (чистовое растачивание).

Буртик втулка проверим на срез и изгиб. В качестве нагрузки на буртик берется расчетная нагрузка на винтовую пару. Торцовая поверхность втулки имеет форму кольца и проверяются на смятие.

На смятие:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Примем: Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. = 100 мм.

На изгиб:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

На срез:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Из расчета на изгиб и срез принимаем: hб = 2 мм.

2.4 Расчет на неподвижность гайки относительно втул ки

Неподвижность гайки-вкладыша относительно корпуса (см. рис. ниже) обеспечивают выбором посадки с натягом или посадки переходной и применением одновременно стопорного устройства в виде винта или штифта с последующей их проверкой на прочность от момента

Т = TРЕЗ – TБ

где TБ - момент трения бурта гайки или её торца о корпус механизма, определяемый по формуле

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

A = 1 мм (см. п.1.1.7);

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Т. к. TРЕЗ = 137,6968 Н·м > > TБ = 28,464 Н·м, т. е. трение бурта гайки о втулку не обеспечивает неподвижность гайки относительно втулки, то необходимо рассчитать посадку с натягом или переходную посадку с применением одновременно стопорного устройства в виде винта или штифта.

Произведем выбор посадки с натягом.

Посадочный диаметр d = DГ = 50 мм, посадочная длина l = 32 – 3 – 0,25 = = 28,75 мм.

На соединение действует момент Т = TРЕЗ – TБ = 137,6968 Н·м – 28,464 Н·м = 109,2328 Н·м.

Определим давление на посадочной поверхности p. Давление p должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних сдвигающих сил.

При одновременном нагружении вращающим моментом Т и сдвигающей силой FВ, (см. рис.) расчет ведут по равнодействующей окружной Ft и осевой силе FX:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

откуда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Номинальный натяг NР связан с посадочным давлением р зависимостью Ляме, выводимой в курсе «Сопротивление материалов» (см. рис.).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где d – посадочный диаметр; d1 – диаметр отверстия охватываемой детали (для сплошного вала d1 = 0); d2 – наружный диаметр охватывающей детали (ступицы); Е1 и Е2 – модули упругости материала соответственно охватываемой и охватывающей деталей; m1 и m2 – коэффициенты Пуассона материалов соответственно охватываемой и охватывающей деталей; для стали принимают m = 0,3, для чугуна m = 0,25, для бронзы m = 0,32 – 0,35.

Натяг посадки, измеряемый по вершинам микронеровностей, должен быть больше номинального натяга на величину обмятия микронеровностей (см. рис.) U = 1,2 (Rz1 + Rz2) » 5,5 (Ra1 + Ra2):

N = NР + U,

где Ra1, Ra2 – средние арифметические отклонения профилей; Rz1, Rz2 – высота микронеровностей (мкм).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Произведем вычисления:

--------------------------------------------------
Данные для расчета |
---------------------------------------------------------
d | d1 | d2 | E1 | E2 | m1 | m2 |
---------------------------------------------------------
DГ | D4 | DВТ |
---------------------------------------------------------
мм | МПа |
---------------------------------------------------------
50 | 33 | 90 | 2·105 | 1·105 | 0,3 | 0,34 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Для наружного диаметра гайки назначается шлифование круглое чистовое (шероховатость Ra1 = 0,32 мкм). Для внутреннего диаметра втулки назначается растачивание чистовое (шероховатость Ra2 = 1,25 мкм).

U = 5,5 (0,32 мкм + 1,25 мкм) = 8,635 мкм » 9 мкм;

N = NР + U = 79 мкм + 9 мкм = 88 мкм.

Выбор посадки. Рекомендуемые посадки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

--------------------------------------------------
Номинальный размер, мм | мкм |
---------------------------------------------------------
H7 | p6 | r6 | s6 | u7 |
---------------------------------------------------------
50 | +25 | +42 | +50 | +59 | +95 | ES(es) |
---------------------------------------------------------
0 | +26 | +34 | +43 | +70 | EJ(ei) |
---------------------------------------------------------
Натяг | Nmax = es - EJ | - | 42 | 50 | 59 | 95 |
---------------------------------------------------------
Nmin = ei - ES | - | 1 | 9 | 18 | 45 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Выберем посадку с натягом Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. по 7-му квалитету, т. к. она соответствует расчетной.

2.5 Расчет сварных швов соединения втулки и верхнего диска

Основными напряжениями являются касательные напряжения

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Т. к. Wr1 < Wr2, шов 2 определяющий для расчета на срез.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Упрощенно можно считать, что

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

d = DВТ = 90 мм (см. п.1.2.3).

T = 109,2328 Н·м (см. п.1.2.4).

Материал втулки диска сталь 20 ([sР] = = 140 МПа), т. к. она хорошо сваривается.

Тип технологического процесса сварки: ручная дуговая электродами Э42 и Э50;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Определим катет:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Проверим шов 1:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где

D = DБ. ВТ = 100 мм,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Условие tСР1 £ [t’СР] выполняется.

Определим необходимость прерывистого шва. Длина окружности радиуса D / 2:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Т. к. разность Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. невелика (59,68 мм), то шов 1 нет смысла делать прерывистым, он выполняется сплошным, т. е. принимаем Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

2.6 Конструирование и расчет ограничительного устройства

Болт проверяется на растяжение

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где FР – расчетная нагрузка на болт, kКР – коэффициент кручения, [sР] – допускаемое напряжение материала болта.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Расчетная нагрузка на болт FР определяется по формуле

FР = FЗАТ + c·F,

где FЗАТ – усилие затяжки, c – коэффициент внешней нагрузки, F – внешняя нагрузка.

Усилие затяжки FЗАТ определяется как

FЗАТ = kЗАТ·F,

здесь kЗАТ – коэффициент затяжки; по условию нераскрытия стыка при постоянной нагрузке kЗАТ = 1,25..2. Примем kЗАТ = 1,25.

Расчеты и испытания конструкций показывают, что коэффициент внешней нагрузки c невелик и не превышает обычно 0,2..0,3. Примем c = 0,2.

Максимальную нагрузку болтовое соединение испытывает, когда винт находится в крайнем верхнем положении и к рукоятке приложено расчетное усилие. Внешняя нагрузка F равна заданной FВ.

Коэффициент кручения kКР учитывает кручение в соединение, для метрической резьбы kКР = 1,3.

Допускаемое напряжение материала болта [sР] определим по формуле

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где S - запас прочности; затяжка не контролируется – запас прочности S = 3..5. Примем S = 3.

Предел текучести определяем табличным методом: sТ = 360 МПа.

Произведем вычисления: kЗАТ = 1,25; F = FВ = 12 кН;

FЗАТ = kЗАТ·F = 1,25·12 кН = 15 кН;

c = 0,2

FР = FЗАТ + c·F = 15 кН + 0,2·12 кН = 17,4 кН;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

По ГОСТ 24705-81 подбираем резьбу, пользуясь следующими соотношениями:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Крупный шаг предпочтителен, т. к. обеспечивает более эффективное самоторможение.

Выбранная резьба: М20.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Размеры на рисунке:

D1 = DГ – 2·0,5·tg 10° = 50 – 0,176 = 49,824 мм;

D2 = D4 + 2·3,5 = 33 + 7 = 40 мм;

Шайбу выбираем по ГОСТ 6958-68 (увеличенные шайбы). При выборе руководствуемся условием DШ > D2.

Диаметру стержня крепежной детали (болта) 20 мм соответствует DШ = 60 мм > 40 мм.

В технически обоснованных случаях допускается применение шайб с наружными диаметрами по ГОСТ – 6958-68 14, 22, 28, 34, 38, 45, 50 и 52 мм вместо 16, 24, 30, 36, 42, 48, 55 и 60 мм.

Применим шайбу (исполнение 2) с наружным диаметром 52 мм вместо 60 мм. В данном случае техническим обоснованием является снижение массы всего механизма.

Параметры шайбы:

DШ = 55 мм,

hШ = 5 мм,

с = 1,2 мм

Масса 0,0974 кг.

Параметры отверстия:

глубина завинчивания H = 20 мм;

глубина полной резьбы H1 = 25 мм;

глубина сверления H2 = 36 мм.

2.7 Расчет ножен на прочность и устойчивость

Каждая ножна нагружена изгибающим M и крутящим T моментами, сжимающей F и срезающей F’ силами (см. рис.).

Продольная сила F является результатом распределения усилия FВ по ножнам:

F = FВ / 3.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Поперечная сила F’ – результатом распределения крутящего момента T по ножнам

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., T = 109,2328 Н·м (см. п.1.2.4).

Изгибающий момент M возникает в результате действия поперечной силы F’:

M = F’·hНОЖ.

Обозначим dНОЖ1 = dНОЖ2 = dНОЖ1,2.

Напряжения в опасных сечениях:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Расчетные формулы:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Допускаемые напряжения определяем табличным методом, принимая во внимание знакопеременность нагрузки при изгибе, кручении и срезе, и при сжатии нагрузка пульсирующая.

Материал ножен сталь 20.

Допускаемые напряжения:

[sИЗ] = 95 МПа, [sСЖ] = 115 МПа, [tКР] = 55 МПа, [tСР] = 45 МПа.

Зададимся значениями: hНОЖ = 240,6 мм (определяется прорисовкой), D = 140 мм (конструкторское решение). Произведем вычисления:

– изгиб

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

– сжатие

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

– кручение

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

– срез

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

В результате принимаем dНОЖ1,2 = 24 мм.

Примем dНОЖ = 30 мм.

Рассчитаем теперь сварные швы (см. рис.). Сварные швы 1 и 2 нагружены изгибающим крутящим моментами, сжимающей силой (см. рис). Напряжения см. в таблице.

--------------------------------------------------
Напряжение в шве от |
---------------------------------------------------------
крутящего момента | изгибающего момента |
---------------------------------------------------------
Шов | 1 |

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

|

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| M = 0 |
---------------------------------------------------------
2 |

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

| T = 0 |

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

|
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Суммарное напряжение для каждого шва:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где [t’] – допускаемое напряжение материала шва.

Материал ножен и дисков (верхнего и нижнего) сталь 20 ([sР] = 140 МПа), т. к. она хорошо сваривается. Тип технологического процесса сварки: ручная дуговая электродами Э42 и Э50;

[t’] = 0,6·[sР] = 0,6·140 МПа = 84 МПа.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Из расчета на прочность сварного шва найдем катет k шва:

– шов 1 (верхний)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

– шов 2 (нижний)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Итак, катеты швов k1 » 2,053 мм, k2 » 4,705 мм.

Произведем расчет ножен на устойчивость.

Ножны подвергаются сжимающей нагрузке, проверим их на продольный изгиб:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где F – сжимающая сила:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

A1 – площадь сечения dНОЖ:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

j - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при продольном изгибе (см. таблицу) в зависимости от гибкости винта

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

l - свободная длина винта - расстояние между опорой винта и серединой гайки: l = hНОЖ (ml - приведенная длина винта); m - коэффициент приведения длины зависит от способа закрепления концов винта (см. рис.); i - осевой радиус инерции сечения винта:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

--------------------------------------------------
l | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 |
---------------------------------------------------------
j | 1,00 | 0,98 | 0,96 | 0,93 | 0,89 | 0,85 | 0,80 | 0,7 | 0,5 | 0,37 | 0,28 | 0,23 | 0,19 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Исходные данные для расчета:

hНОЖ = 240,6 мм,

dНОЖ = 30 мм,

[sСЖ] = 115 МПа

Произведем вычисления:

1) в данном случае можно считать, что m = 2 (см. рис.);

2) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., l = hНОЖ, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

ножна в проверке на устойчивость нуждается;

3) по таблице определяем j = 0,78;

4) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

5) [sСЖ]j = 115 МПа·0,78 = 89,7 МПа;

6) sСЖ < [sСЖ]j Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. ножна устойчива.

2.8 Определение КПД винтового механизма

Разработка винтового механизма завершена. Определим его коэффициент полезного действия

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где a – число заходов резьбы. В большинстве случаев КПД винтовых механизмов ниже 0,5.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Список использованной литературы

1.  В. Н. Бельков. Конструирование винтовых механизмов. Учебное пособие. Омск 2001.

2.  Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.1. – 5-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1978. – 559 с., ил.

3.  Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.2. – 5-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1978. – 727 с., ил.

4.  Иванов М. Н. Детали машин: Учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. – 5-е изд., перераб.. – М.: Высш. шк., 1991. – 383 с.: ил.

5.  Решетов Д. Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.: ил.

6.  Детали машин: Атлас конструкций. Уч. пособие для машиностроительных вузов/ В. Н. Беляев, И. С. Богатырев, А. В. Буланже и др.; Под ред. д-ра техн. наук проф. Д. Н. Решетова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. – 367 с., ил.

7.  Курмаз Л. В. Детали машин. Проектирование: Учеб. пособие / Л. В. Курмаз, А. Т. Скойбеда. – Мн.: УП «Технопринт», 2001. – 290с.


Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Конструирование винтового механизма". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 506

Другие дипломные работы по специальности "Промышленность, производство":

Технология и организация производства молока

Смотреть работу >>

Изготовление фужера 150 мл методом литья под давлением

Смотреть работу >>

Расчет и конструирование лифтов и комплектующего их оборудования

Смотреть работу >>

Выбор электродвигателя установки и его назначение

Смотреть работу >>

Техническое обслуживание и ремонт холодильного шкафа ШХ-0,8 м

Смотреть работу >>