Проектування гвинтового механізму

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Тема: Проектування гвинтового механізму

Зміст

Введення

1. Вибір матеріалу гвинтової пари і типу різьби

2. Проектний розрахунок гвинтової пари

3. Розрахунок п'яти

4. Розрахунок гайки

5. Перевірочний розрахунок гвинта

6. Розрахунок рукоятки (маховичка)

7. Розрахунок параметрів передач

Список літератури

Введення

Мета роботи спроектувати затискний пристрій для відрізки заготовок.

Гвинтові механізми призначені для перетворення обертального руху в поступальний (рідше навпаки). Основним елементом будь-якого гвинтового механізму є гвинтова пара, що складається з гвинта і гайки.

Розглянемо затискний пристрій для відрізки заготовок (рис. 1). Воно призначене для фіксації заготовок круглого перерізу при механічній обробці.

Рис.1. Затискний пристрій для відрізки заготовок

Основні елементи пристрою: станина 1, гвинт 2, рухливий черевик 3 з укріпленої в ньому гайкою 4, рукоятка (на малюнку не показана), впритул 5, опора 6, кріпильні деталі. Станина 1 цього пристрою має дві направляючих у вигляді «ластівчин хвіст», які необхідні, для того щоб запобігти дію згинального моменту на гвинт. Діє пристрій наступним чином: за допомогою рукоятки обертається гвинт 2, який розташовується в опорі 6. При обертанні гвинта гайці 4 повідомляється поступальне переміщення. Гайка пов'язана з рухомим черевиком 3 та забезпечує його переміщення уздовж напрямних. Рухомий черевик, таким чином, притискає заготовку до нерухомого упору.

1. Вибір матеріалу гвинтової пари і типу різьби

Гвинтові пари в механізмах можуть бути парами ковзання або кочення, крім того, виконуються гвинтові механізми з гідростатичним гвинтовими парами. Вони можуть бути з ручним або механічним приводом. Найменшим ККД мають пари ковзання (приблизно 0,3), пари кочення та гідростатичні пари мають більш високий ККД (до 0,9).

Гвинтові пари ковзання мають ряд переваг:

  1. Простота конструкції і виготовлення;

  2. Компактність при високій несучій здатності;

  3. Висока надійність;

  4. Великий виграш у силі;

  5. Плавність і безшумність роботи;

  6. Можливість повільного і точного переміщення.

Недоліки гвинтових пар ковзання:

  1. Підвищений знос через тертя;

  2. Великі втрати на тертя і низький ККД;

  3. Неможливість застосування при великих швидкостях.

Основні елементи будь-гвинтової пари це гвинт і гайка.

Для гвинтових механізмів застосовують різьблення з малими кутами профілю для зменшення втрат на тертя. Найбільш поширена трапецеїдальних різьба з середніми кроками (рис. 1. 1).

Рис. 1.1. Профіль трапецеїдальної різьби

Матеріали гвинтів повинні володіти високою зносостійкістю, хорошою оброблюваністю, високою міцністю. Таким вимогам найкраще відповідають сталі. Для слабонапряженних і тихохідних гвинтів застосовують стали 45, 50 (ГОСТ 1050-88), для більш відповідальних механізмів - сталі, що піддаються загартуванню - 40Х, 40ХГ (ГОСТ 4543-71), 65Г (ГОСТ 1050-88), для ходових гвинтів верстатів - азотіруемие стали 40ХФА, 18ХГТ (ГОСТ 4543-71).

Оскільки в ходових гвинтах присутній ковзання, для зменшення тертя гайки роблять з антифрикційних матеріалів - олов'яних бронз БрО10Ф1, БрО6Ц6С3 (ГОСТ 613-79), безолов'яним бронзи БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79), чавунів СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36 (ГОСТ 1412-70). В окремих випадках можливе виготовлення гайки із сталі. Слід мати на увазі, що антифрикційні властивості у бронзи поліпшуються із збільшенням вмістом олова, а у чавуну - із зменшенням міцності. Крім того, слід враховувати, що самий дешевий матеріал - чавун, а вартість бронзи тим вище, чим більше вміст олова.

Таким чином, в затискному пристрої для відрізки заготовок застосовуємо гвинт із сталі 45 (ГОСТ 1050-88), а гайку - БрО10Ф1 (ГОСТ 613-79).

2. Проектний розрахунок гвинтової пари

Розрахунок діаметра гвинта і вибір різьби здійснюється з умови зносостійкості, тому що в гвинтових механізмах основною причиною виходу їх з ладу є знос різьби гайки. Щоб обмежити знос, контактне напруження у витках різьби не повинно перевищувати гранично допустимого тиску . Іноді ця умова зносостійкості називають умовою невидавліванія мастила.

Експериментальним шляхом встановлено, що для поєднання матеріалів загартована сталь - бронза = 10 ... 15 МПа, для пари незагартована сталь - бронза = 8 ... 10 МПа, для пари незагартована сталь - чавун = 4 ... 6 МПа, для пари сталь - сталь = 6 МПа. Чим вище антифрикційні властивості матеріалу гайки, тим вище значення повинно прийматися. Для механізмів точних переміщень значення приймають у 2-3 рази менше, ніж для механізмів загального призначення. При рідкісної роботі гвинтового механізму може бути збільшена на 20%.

, (1)

де - Осьове зусилля, що діє на гвинт;

- Коефіцієнт робочої висоти профілю різьби: = 0,5 - для трапецеїдальної різьби, = 0,75 - для наполегливої ​​різьби, = 0,54 - для метричної різьби;

d 2 - середній діаметр різьби;

- Коефіцієнт висоти гайки ( , Де Н - висота гайки), = 1,2 ... 2,5.

При виборі коефіцієнта висоти гайки слід пам'ятати: у деяких механізмах за умовами роботи необхідно забезпечити жорстку фіксацію гвинта в гайці, щоб вважати закладення гвинта жорсткої закладенням (див. розрахунок на стійкість). Для цього коефіцієнт висоти гайки повинен бути . В інших випадках потрібно брати менші значення коефіцієнта для більш великих діаметрів різьблення.

Таким чином, для підбору різьби визначається середній діаметр d 2:

. (2)

За формулою (2) знаходимо:

.

За розрахованим середньому діаметру, за таблицями додатка підбирають стандартні різьблення. Звичайно можна підібрати кілька типорозмірів різьблення з різними кроками. Слід віддавати перевагу середнім значенням кроків.

Дані з вибраними різьбами заносяться в таблицю 1.

Таблиця 1

Крок різьби P

Зовнішній діаметр

d

Середній діаметр

d 2

Внутр. діаметр

d 1

Число витків гайки

z

Наведений кут тертя

Кут підйому гвинтової лінії

Коеф. запасу самогальмування k з

1

2

26

25

24

-

4,73

1,46

3,24

2

3

26

24,5

23

-


2,23

2,12

3

5

26

23,5

21

8


3,88

1,22

4

6

30

27

24

8


4,05

1,17

Перевірка на Самогальмування

Після визначення діаметра різьби необхідно перевірити вибрані різьблення на Самогальмування. Під самогальмуванням розуміється забезпечення неможливості самовільного руху гвинта під дією робочого навантаження (мимовільне розкручування).

Для забезпечення самогальмування механізму повинна виконуватися умова:

, (3)

де - Приведений кут тертя;

- Кут підйому гвинтової лінії;

- Коефіцієнт запасу самогальмування: для самогальмується механізмів ³ 1,3; для механізмів, до яких не висуваються жорсткі вимоги щодо самогальмування = 1 ... 1,3.

Кут підйому гвинтової лінії залежить від геометрії різьби:

, (4)

де - Крок різьби;

- Число заходів різьби;

- Середній діаметр різьби.

За формулою (4) розраховуємо:

;

;

;

.

Наведений кут тертя :

, (5)

де - Коефіцієнт тертя, що залежить від шорсткостей робочих поверхонь витків і матеріалу гайки, вибирається за таблицею 2.

Таблиця 2

Клас точності

Параметри шорсткості, мкм

Коефіцієнт тертя

при матеріалі гайки


гвинта

гайки

Бронза олов'яна

Бронза безолов'яним

Чавун

Сталь

2

Ra = 1,25

Ra = 1,25

0,07

0,08

0,09

0,10

3

Ra = 2,5

Ra = 2,5

0,08

0,09

0,10

0,12

4

Ra = 2,5

Rz = 20

0,09

0,10

0,12

0,15

- Кут нахилу робочої грані витка до торцевої площині гвинта: для трапецеїдальної різьби - = 15 °.

За формулою (5) розраховуємо:

Для того щоб переконатися в правильності вибору різьби, необхідно перевірити число витків гайки z:

. (6)

Кількість витків гайки z повинно бути 6 ... 12, оптимальна кількість - 8 ... 10. Якщо число витків z не потрапляє у вказаний діапазон, то слід змінити коефіцієнт висоти гайки і знову провести розрахунок на зносостійкість.

За формулою (6) розраховуємо:

;

;

;

Різьблення, що не забезпечують Самогальмування, виключаються з розгляду. З решти вибирається різьблення з найбільшим кроком, тому що чим більше крок, тим менше втрати на тертя, вищий ККД, швидше осьове переміщення гвинта. Отже, вибираємо різьблення з кроком Р = 6.

3. Розрахунок п'яти

Під п'ятою увазі опорну поверхню, до якої прикладається осьове зусилля Q з боку інших деталей. При обертанні гвинта на опорній поверхні п'яти виникає тертя, для зменшення якого застосовують мастило.

Найбільш простий за конструкцією і за способом установки буде кільцева п'ята (рис. 3.1), але має відносно великий момент тертя.

Діаметр можна прийняти , Де d - зовнішній діаметр гвинта.

Діаметр знаходиться з умови зносостійкості тертьових деталей:

, (7)

де = 25 ... 40 МПа - допустиме тиск на поверхні п'яти.

За формулою (7) розраховуємо:

Діаметр перевищує внутрішній діаметр різьби d 1 в конструкції гвинта необхідно передбачити пасок для збільшення площі п'яти (рис. 3.1б). При цьому слід передбачити канавку між пояском і різьбленням для виходу ріжучого інструменту. Ширину паска можна прийняти , Де - Діаметр канавки. У цьому випадку можна не проводити перевірку паска на міцність.

Рис. 3.1. Кільцева п'ята

Висоту виступу на п'яті можна прийняти .

Момент тертя на кільцевій п'яті буде дорівнює:

, (8)

де = 0,10 ... 0,12 - коефіцієнт тертя сталевий чашки про сталевий гвинт.

За формулою (8) розраховуємо:

4. Розрахунок гайки

Проектування гайки

Ходова гайка гвинтового механізму має мати просту конструкцію, легко монтуватися, не провертатися в корпусі через моменту тертя в різьбі і не випадати при перевертанні механізму.

Зазвичай гайка по конструкції представляє собою циліндричну втулку з буртиком, який передає осьове навантаження від гвинта на корпус. Дана конструкція є найпростішою при виготовленні та монтажі, але не гарантує від провертання або випадіння при використанні посадки з зазором.

Розрахунок геометричних розмірів гайки

При розрахунку гайки за критеріями міцності зазвичай розміри гайки виходять невеликими, тому розміри гайки задають конструктивно за наведеними нижче залежностями, після чого виконують перевірочний розрахунок на міцність.

Висота гайки дорівнює:

. (9)

Висоту гайки необхідно збільшити на ширину фаски різьбової частини гайки, тому що частину різьблення, що припадає на фаску, при роботі різьби не враховується.

Розмір фаски повинен бути не менше висоти профілю різьби:

Висота профілю різьби визначається:

або ;

.

Остаточна ширина фаски 3 мм.

За формулою (9) розраховуємо:

.

Діаметр гайки призначають залежно від товщини стінки гайки :

, (10)

де - Конструктивна товщина стінки гайки, обрана з технологічних міркувань. Для гайок, що фіксуються за допомогою установочного гвинта в осьовому напрямку: .

За формулою (10) розраховуємо:

.

Діаметр буртика гайки можна прийняти: .

Висота буртика .

Таблиця 3 - Розміри фасок і радіусів закруглення

Діаметр гайки , Мм

10-19

20-28

30-48

50-75

Фаска , Мм

1

1,6

2

2,5

Фаска , Мм

0,6

1

1,6

2

Радіус заокруглення , Мм

0,4

0,6

1

1,6

Для зручності складання в різьбовому отворі роблять фаску , На торці гайки - фаску , А в корпусі - фаску . Для зниження концентрації напружень у буртика виконують закруглення . Фаски і , Радіус заокруглення призначається за таблицею 3: .

Перевірка гайки на міцність

Корпус гайки перевіряється за умови міцності на розрив зусиллям Q і одночасне скручування моментом :

, (11)

де - Осьове зусилля, що діє на гвинт;

- Коефіцієнт, що враховує напруги від скручування, = 1,25 ... 1,3;

d - зовнішній діаметр різьби;

- Допустиме напруження розтягування; для бронзи й чавуну можна прийняти = 60 ... 70 МПа.

За формулою (11) розраховуємо:

Опорна поверхня буртика перевіряється за умовою міцності на зминання. Так як в корпусі для полегшення монтажу гайки зроблена фаска , То внутрішній діаметр поверхні працює на зминання, буде :

, (12)

де - Допустиме напруження зминання: для бронзи можна прийняти = 60 МПа.

За формулою (12) розраховуємо:

Буртик перевіряється з умови його міцності на вигин:

, (13)

де - Допустима напруга на вигин; для бронзи й чавуну можна прийняти = 60 ... 70 МПа.

За формулою (13) розраховуємо:

Перевірка гайки на непроворачіваемость

Умова непроворачіваемості гайки має наступний вигляд:

.

Момент тертя на поверхні контакту корпусу і буртика буде:

, (14)

де - Коефіцієнт тертя між буртиком гайки і корпусом; для бронзової гайки = 0,1 ... 0,12.

За формулою (14) розраховуємо:

.

Момент тертя в різьбі:

. (15)

За формулою (15) розраховуємо:

35913,7 > 29191,2 , Умова непроворачіваемості гайки виконується, подальша перевірка установочного гвинта на міцність не потрібно.

5. Перевірочний розрахунок гвинта

Перевірка гвинта на стійкість

Довгі гвинти, що працюють на стиск, під впливом робочого навантаження можуть отримати поздовжній вигин і вийти з ладу, тому перевірка на стійкість є обов'язковою.

При розрахунку на стійкість будемо розглядати гвинт як рівний стрижень, навантажений стискає силою Q, діаметром рівним внутрішньому діаметру різьби d 1.

Гнучкість гвинта визначається за формулою:

, (16)

де - Коефіцієнт приведення довжини;

l - довжина ділянки гвинта, що працює на стиск.

i x - радіус інерції поперечного перерізу гвинта:

i x = 0,25 × d 1.

Довжиною ділянки гвинта l, що працює на стиск, вважається довжина ділянки від середини гайки до опорної поверхні п'яти. Довжина l залежить від конструкції механізму. У механізмах з кільцевої п'ятою в довжину ділянки гвинта, що працює на стиск включаються половина висоти гайки H г, робочий хід H і ширина фаски C.

Умовою стійкості гвинта буде дотримання співвідношення:

,

де - Критична сила, при якій гвинт втратить стійкість;

- Коефіцієнт запасу стійкості: .

Гвинти, що мають гнучкість <50 вважаються жорсткими, і для них перевірку на стійкість проводити не потрібно.

За формулою (16) розраховуємо:

Розрахунок міцності гвинта

Перевірка на міцність гвинта виконується за умовою міцності на одночасну дію стиснення і кручення. Для цього будуються епюри стискаючих сил N, що крутять моментів M кр, напруг стиснення , Крутіння і еквівалентних напружень .

На даному етапі розрахунків повинні бути відомі розміри всіх конструктивних елементів гвинта (розміри голівки, канавок, проточек і т.д.). Гвинт розбивається на ділянки, межами яких є точки прикладання навантаження і межі перерізів гвинта.

Момент тертя в різьбі визначається за формулою (15).

Розрахунок на міцність ведеться по еквівалентному напрузі:

, (17)

де

; ;

де - Осьове зусилля, що діє на гвинт;

- Момент, скручують гвинт;

- Діаметр розглядуваного перерізу гвинта;

- Площа поперечного перерізу гвинта;

- Полярний момент опору поперечного перерізу гвинта.

Напруга, що допускається можна прийняти: для сталей 45 і 50 - = 140 МПа.

За формулою (17) розраховуємо:

6. Розрахунок рукоятки

Конструкція рукояток і маховичків

В якості приводу гвинтового механізму використовуються рукоятки або маховички різноманітних типів, конструкції. Тип ручки (маховичка) вибирається виходячи з аналізу роботи механізму, з міркувань зручності використання та мінімальної вартості.

При неінтенсивному використанні гвинтового механізму застосовують більш прості і дешеві у виготовленні рукоятки різних типів. Найбільш поширеною є пряма рухлива рукоятка круглого перерізу. Вона встановлюється в отворі головки гвинта з зазором 0,2-1,0 мм (залежно від діаметра рукоятки) для забезпечення безперешкодного переміщення в осьовому напрямку.

Для запобігання випаданню рукоятки на її кінцях встановлюють кульові ручки по МН 6-64 за допомогою різьби або епоксидного клею.

Розрахункова довжина рукоятки

Розрахункова довжина рукоятки (радіус маховичка), тобто відстань від осі обертання гвинта до центру долоні робітника:

, (18)

де - Момент створюваний робочим для подолання моментів тертя в різьбі і на п'яті ;

- Зусилля, що створюється одним працівником; для короткочасної роботи

= 200 ... 300 Н.

За формулою (18) розраховуємо:

.

Проектування рукоятки

Діаметр рукоятки круглого перерізу знаходиться з умови її міцності на вигин:

. (19)

Рукоятка виготовляється з недорогих стали, Ст3. Допустиме напруження на вигин для Ст3 можна прийняти = 85 МПа.

За формулою (19) розраховуємо:

.

Розміри голівки гвинта можна задати, керуючись співвідношеннями

,

де числовий коефіцієнт тим більше, чим менше d. При рекомендованих співвідношеннях розмірів перевірки міцності не потрібно, тому що всі умови міцності свідомо виконуються.

Застосування профільних з'єднань

При використанні у гвинтовому механізмі знімних рукояток (рис. 6.2) або нестандартних маховичків, їх можна встановлювати на гвинт за допомогою профільного з'єднання. У техніці найчастіше застосовують квадратний профіль з округленими краями.

Розміри профільного з'єднання задаються конструктивно. Посадковий діаметр приймають дещо менше внутрішнього діаметра різьби для забезпечення вільного проходу гайки при збірці механізму: ; .

Довжину сполуки беруть .

Ширину квадрата бажано приймати з ряду розмірів зіва гайкових ключів.

Ширина грані визначається за допомогою промальовування.

Після цього перевіряється міцність профільного з'єднання на зминання:

. (20)

Допустимі напруги зминання визначаються міцністю більше слабкого матеріалу з'єднання. Для сталевих рукояток і маховичків МПа.

За формулою (20) розраховуємо:

7. Розрахунок параметрів передач

ККД гвинтового механізму, враховує сумарні втрати в гвинтовий парі і на п'яті, визначається за формулою:

. (21)

За формулою (21) розраховуємо:

Передаточне число передачі «гвинт-гайка»:

. (22)

За формулою (22) розраховуємо:

Виграш в силі:

.

Список літератури

  1. Ануров В.І. Довідник конструктора-машинобудівника. У 3-х т. Т.1. - М.: «Машинобудування», 1980 - 728с.

  2. Ануров В.І. Довідник конструктора-машинобудівника. У 3-х т. Т.2. - М.: «Машинобудування», 1980 - 559с.

  3. Іосілевіч Г.Б. Деталі машин - М.: «Машинобудування», 1988 - 368с.

  4. Камнєв Г.Ф. Гвинтові механізми - Л.: вид. ЛКІ, 1967 - 52с.

  5. Кривенко І.С., Артем'єв Н.С. Проектування гвинтових механізмів - Л.: вид. ЛКІ, 1986 - 53с.

  6. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Деталі машин. Проектування - Мінськ.: УП «Технопрінт», 2002. - 290с.

  7. Орлов П.І. Основи конструювання. У 3-х кн. Кн. 1. - М.: «Машинобудування», 1977 - 623с.

  8. Решетов Д.Н. Деталі машин - М.: «Машинобудування», 1989 - 496с.

  9. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин – М.: Изд-во АПМ, 2000 – 472с.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
86.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Дослідження гвинтового механізму передачі гвинт-гайка
Проектування гвинтового домкрата
Проектування зубчастого механізму
Проектування підйомного механізму
Проектування механізму повороту торкретфурми
Проектування програмного механізму чотириступінчастому редуктора
Проектування механізму повороту і відліку аттенюатора
Проектування та дослідження механізму хитного конвеєра
Проектування та дослідження механізму двигуна внутрішнього згоряння
© Усі права захищені
написати до нас