 |
Определение размеров винта и гайки
|
|
|
|
Задание №11
Спроектировать (рассчитать и выполнить эскиз) съемник для снятия напрессованных втулок. В результате расчета определить: размеры винта, высоту гайки, наружный диаметр гайки, длину рукоятки, размеры траверса и лап съемника. Определить КПД винтовой пары.
F = 4.5 kH,A = 300 mm,D = 250 mm. Материал гайки - бронза.
Профиль резьбы - трапецеидальная, материал винта Сталь 40.
Общие сведения
Основное назначение передачи винт-гайка преобразование вращательного движения в поступательное. Примером использования передачи могут служить механизмы в домкратах, прессах, металлорежущих станках, сельскохозяйственных машинах, грузоподъемных механизмах.
Передачи винт-гайка бывают с трением скольжения, с трением качения и весьма разнообразны по конструктивным решениям. В домкратах и прессах гайка обычно неподвижна, а винт совершает вращательное и поступательное движения. Встречаются домкраты с вращающейся гайкой, в этом случае винт совершает только поступательное движение.
В передачах винт-гайка применяют в основном стандартные трапецеидальные и упорные резьбы. Резьба с прямоугольным профилем не стандартизирована. Эта резьба обеспечивает некоторый выигрыш в силе и более высокий КПД, но она нетехнологична и прочность её витков ниже, чем у трапецеидальной и упорной резьбы. Кроме того, у прямоугольной резьбы при износе получается неустранимый "мертвый ход", тогда как у трапецеидальной резьбы его можно ликвидировать, используя стяжные гайки. Для изготовления винтов обычно применяют среднеуглеродистые стали марок Ст.4, Ст.5, Сталь 40, Сталь 50. Винты из легированных сталей с термической обработкой предназначены для передач, работающих при интенсивных перемещениях. В этих случаях применяют Сталь 40Х, Сталь 40ХН, Сталь 65 и др.
|
|
|
Для гаек в передачах с повышенным износом применяют оловянистые бронзы марок Бр. ОФ10-05, Бр. ОСЦ6-6-3, Бр. ОФ-10-1. При работе с большими перерывами и умеренными нагрузками используют антифрикционный чугун АСЧ или АВЧ, а также серый чугун СЧ-12, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-21.
Критерии работоспособности передачи винт-гайка
В большинстве случаев основным критерием работоспособности винтовой пары является её износоустойчивость. Расчет по этому критерию сводится к ограничению давления между поверхностями резьбы винта и гайки.
Указанный расчет выполняют в качестве проектного, служащего для определения диаметра винта.
Вторым критерием работоспособности служит прочность винта, который в большинстве случаев работает на сжатие и кручение. Для винтов сжатия к числу критериев работоспособности так же следует отнести их устойчивость, определяемую коэффициентом запаса устойчивости (Sус).
К критериям работоспособности винтовых механизмов относятся прочность гаек, рукояток, штурвалов, винтов для стопорения гаек и других, дополнительных элементов.
Определение размеров винта и гайки
Расчет передачи винт гайка начинают с определения среднего диаметра резьбы (d2) по критерию износоустойчивости.
(1)
где
F - расчетное усилие, Н;
YH = Hг / d - коэффициент высоты гайки, Нг - высота гайки, мм;
Рекомендуемое значение коэффициента высоты гайки 1,2...2,5.
Yh = h / P - коэффициент высоты резьбы, Yh = 0,5;
h - рабочая высота профиля резьбы, мм.;
Р - шаг резьбы, мм;
[р] - допускаемое давление в резьбе, МПа. [р] = 12 МПа.
мм. (2)
Полученное значение среднего диаметра резьбы d2 корректируется.
Параметры нестандартной прямоугольной (квадратной) резьбы согласовываются с возможностью ее изготовления на токарно-винторезных станках, поэтому шаг нарезки полученный по рекомендации: P = 0.22d2, следует скорректировать со значением шага любой стандартной резьбы (Приложение).
|
|
|
Принимаем: Р = 3, тогда
P = 3; d2 = D2 = 28,5;
Высоту гайки Н определяют по формуле (2), в зависимости от принятого значения коэффициента высоты гайки - YH.
Нг = YH × d2; Нг = 0,5 × 28,5 = 57 мм.
Число витков резьбы в гайке вычисляется по выражению:
Z = Hг / P; Z = 57/3 = 19.
Z < 10, следовательно выбранная резьба удовлетворяет нас.
Рис.1 Эскиз гайки с размерами.
Высота буртика гайки h (рис 1) принимается h = (0.5...0.6) Нг: h = 11.7, мм.
Нижняя часть гайки работает на растяжение, поэтому диаметр Dг определяется формулой
(3)
где [sр] = 640 МПа.
, мм.
Диаметр буртика гайки Dг1 определяется по напряжению смятия силой F, действующей по оси винта
(4)
для бронзовых гаек [scм] = 70 - 80 МПа.
, мм.
|
|
|
