Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Санкт-Петербургский государственный политехнический университет” Кафедра “Машиноведение и детали машин” |
Пресс ручной для рихтовки
Пояснительная записка
ДМ 21.00.00.00 ПЗ
Курсовой проект
Студентка гр. 3043/1 ________ Федотова А.Д.
(подпись)
Преподаватель ________ Иванов Б.С.
(подпись)
“__”_______2010 г.
Санкт-Петербург
2010
|
[1] Содержание [1.0.0.1] Площадь сечения А-А определяется как [2] откуда [2.1] где , |
Введение
Передача винт-гайка находит применение в самых различных отраслях машиностроения и служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Примерами использования передачи могут быть простейшие винтовые прессы, домкраты, съемники, струбцины. Она также применяется в станках, в некоторых кранах и т.д.
Достоинством рассматриваемой передачи является простота конструкции, её компактность и надежность в работе. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий К.П.Д.
В силовых передачах винт-гайка наиболее частое применение находит стандартная трапецеидальная резьба. Она обладает высокой прочностью витков, технологична и имеет более высокий К.П.Д., чем метрическая резьба, может использоваться при реверсивной нагрузке
Винт и гайка должны составлять прочную и износостойкую антифрикционную пару. Исходя из этого винты, которые не подвергаются закалке, изготовляют из стали Ст4, Ст5, 40, 45, 50, а винты, подвергаемые закалке, из стали 65Г, 40Х и др. Для изготовления гаек применяют бронзы и антифрикционные чугуны. При относительно малых скоростях вращения (например, в механизмах с ручным приводом), гайки изготавливают из малооловянистых бронз (Бр.ОЦС6-6-3, Бр.АЖ9-4 и др.), а также из антифрикционного чугуна (АЧС-1, АЧС-2). При больших скоростях вращения используются высокооловянистые бронзы (Бр.ОФ10-1 и др.)
Цель данной курсовой работы – спроектировать передачу винт-гайка для ручного пресса в соответствии с техническим заданием. В процессе выполнения работы необходимо решить ряд инженерных задач. В соответствии с техническим заданием определяются необходимые размеры передачи, удовлетворяющие критериям её работоспособности. Проанализировав результаты расчетов, необходимо выбрать наиболее рациональный вариант.
1.Расчеты винта
1.1 Проектный расчет винта (по износостойкости)
Задача расчета: определение стандартных параметров заданной резьбы: диаметров и шага.
Критерий работоспособности: износостойкость винтовой пары
где – удельное давление в витках резьбы, МПа;
– допускаемое удельное давление в витках резьбы, МПа.
В соответствии с заданными материалами винтовой пары выбираем допускаемое напряжение .
Рис.1.1 Схема нагружения винтовой пары
d – наружный (номинальный) диаметр винта; d2 – средний диаметр резьбы; d3 – внутренний диаметр винта по дну впадины; Н1 – рабочая высота профиля витка; s – шаг резьбы; - угол профиля резьбы; b – ширина профиля резьбы у основания; DГ – наружный (посадочный) диаметр закладной гайки; НГ – высота гайки; Dб – диаметр бурта гайки; Нб – толщина диаметра бурта;
Делаем допущения, идущие в запас:
1. Пренебрегаем углом профиля резьбы.
2. Полагаем, что нагрузка на сопряженные витки резьбы распределяется равномерно.
Тогда удельное давление можно определить в общем виде из следующего выражения:
|
, |
где Fn – нормальная сила, действующая в витках резьбы, Н;
Аn – площадь соприкосновения витков резьбы винта и гайки, мм2;
осевая нагрузка на винтовую пару (или механизм), Н;
площадь проекции одного витка резьбы на плоскость, перпендикулярную к оси винта, мм2 (рис.1); .
В этом случае выражение для определения удельного давления можно записать в виде:
|
. |
Введем вспомогательные коэффициенты 1 и 2 ,
где коэффициент рабочей высоты профиля резьбы, откуда
Для трапецеидальной резьбы: 1= 0,5;
s – шаг резьбы, мм;
коэффициент высоты гайки (2 = 1,6…2,5). Принимаем .
– высота гайки, откуда или
.
С учетом сделанных преобразований получаем формулу:
|
. |
А расчетное значение среднего диаметра резьбы (d2*) определяется из выражения:
По диаметру d2 в соответствии с ГОСТ 9484-73 находим параметры резьбы, обеспечивающие износостойкость используемой винтовой пары.
s=6 , d2=39мм , d3=35мм
1.2 Проверочный расчет винта на статическую прочность
Задача расчета: оценка работоспособности винта по критерию статической прочности
где опасное (предельное) напряжение, МПа
действующее (максимальное, расчетное) напряжение, МПа
В качестве опасного (предельного) напряжения для стального винта при статическом нагружении принимается предел текучести.
При работе винтового механизма стержень винта нагружен осевой сжимающей силой и крутящим моментом в результате чего в его сечениях возникают нормальные напряжения сжатия и касательные напряжения кручения , т.е. рабочий участок винта находится в сложном напряженном состоянии. (Эпюры продольной силы и крутящего момента представлены на рис. 1.2). В этом случае расчет ведется по эквивалентным напряжениям, определяемым по одной из теорий прочности (например, для пластичных материалов хорошо согласуется IV теория прочности – теория энергии формоизменения).
Рис. 1.2 Эпюры продольных сил и касательных напряжений в опасном сечении винта пресса
Условие прочности винта имеет вид
,
где s – запас прочности; [s] – минимально допустимый запас прочности; Т - предел текучести - нормальное напряжение; - касательное напряжение.
Нормальное и касательное напряжения определяются с учётом диаметра d0 винта в опасном сечении, который для съемника принимается d0=d3 , где d3 – внутренний диаметр винта резьбы. Минимально допустимый запас прочности [s] обычно находится в пределах от 2 до 3, причем большие значения относятся к винтам, где имеется большая вероятность внецентрального приложения осевой нагрузки.
Выберем минимально допустимый запас прочности [S]=2.
Крутящие моменты, необходимые для расчёта касательных напряжений, вычисляются по следующим формулам :
Для Стали Ст50 табличное значение Т =380 Мпа.
где – угол подъема резьбы;
’ – угол трения в резьбе;
1 – угол профиля резьбы;
P – шаг резьбы;
Площадь сечения А-А определяется как
Ав=,
Ав=3.14·352/4=961.63 мм2
Известно, что
.
Таким образом, нормальное напряжение в опасном сечении
35000/961.63 = 36.4МПа,
Найдем - касательное напряжение
,
где -полярный момент сопротивления для круглого сечения.
,
Момент в резьбе Тр
Тр=0.5·F·d2·tg(),
,
,
где - для трапецеидальной резьбы = 150
f - коэффициент трения фрикционной пары материалов винта и гайки.
f=0.17
откуда
Тр=0,5·35000·35·tg(12.780)·10-3=154.81Н·м
мм3
Проверим условие прочности винта, подставив численные значения в формулу
S=380/= 9.72
Так как [S]=2-минимально допускаемый запас прочности, а S больше чем [S], следовательно, выполняется условие S[S], то можно говорить о прочности конструкции домкрата с данными параметрами резьбы.
1.3 Проверочный расчет винта на устойчивость
Условие устойчивости: sу ≥ [sу]
где [sу] – нормативный коэффициент запаса устойчивости;
[sу] = 3…5 – большие значения - при возможном внецентренном приложении нагрузки (характерно для домкратов);
расчетный коэффициент запаса устойчивости
Принимаем .
Рис. 1.3.1 Расчетная схема при расчете винта на устойчивость
и соответственно определяются в зависимости от расчетного значения податливости :
где , мм; – осевое перемещение винта, мм;
μ – коэффициент приведения длины стержня (учитывает условие заделки);
– момент инерции сечения винта, мм4; – площадь поперечного сечения винта по диаметру d3;
Исходя из предложенных формул имеем
Принимаем .
Определяем расчетное значение гибкости :
Расчетное значение гибкости λ сравниваем с критическими значениями и :
.
Рис. 1.3.2 Зависимость критического напряжения от гибкости винта
Оказывается, что ≤2 поэтому расчет на устойчивость не производится, т.к. (см. рис. 1.3.2 )
Проверка винта на устойчивость выполняется.
Следовательно, работоспособность винта с выбранными стандартными размерами, заданным материалом и нагрузками обеспечивается по всем критериям.
2. Расчет гайки
2.1 Определение посадочного диаметра гайки DГ (проектный расчет)
Рис.2.1 К расчету гайки
Диаметр гайки DГ определяется из условия прочности на растяжение
Р,
где АГ –площадь сечения гайки, имеющего форму кольца, площадь которого вычисляется по формуле:
.
Значение []Р – табличное, и в данном случае для бронзовой гайки
[]Р=85МПа
Выразим
;
Теперь выразим и рассчитаем наименьший диаметр гайки :
2.2 Определение диаметра бурта гайки DБ (проектный расчет)
Критерий работоспособности – статическая прочность гайки на смятие
Условие расчета: ,
где – для бронзы;
Для бронзы БрО10Н1Ф1, .
Тогда
; где площадь смятия с учетом заходной фаски корпуса ;
Принимаем .
Определим расчетное значение бурта гайки DБ*, решая исходное неравенство:
Вычисляем и :
Работоспособность гайки на смятие выполняется.
2.3 Проверочный расчет бурта гайки на срез
Высота бурта принимается равной HБ=(0,25…0,35)HГ . Приняв коэффициент равным 0,35, получим
HБ=0,35HГ=0,35*78=27мм.
Бурт необходимо проверить на срез по условию
.
Значение [] – табличное.
Площадь среза определяется как
.
Тогда
Таким образом напряжения среза не превышают допускаемых напряжений.
Условие прочности выполнено.
2.4 Проверочный расчет витка резьбы гайки на срез
Резьба гайки проверяется на прочность. С этой целью виток резьбы развёртывается по диаметру d и рассматривается как консольная балка с
заделкой. Поскольку балка короткая, то расчёт на изгиб не проводится, а ограничиваются одним расчётом на срез.
Условие прочности имеет вид
,
где z – число витков резьбы гайки,
b – толщина витка у основания.
Для трапецеидальной резьбы b=0.65Р=0.65*8=5.2 мм
Число витков вычисляется как
Вычислим
,
а []=36 МПа, т.е. [], условие прочности на срез выполнено.
Рис. 2.4 Схема нагружения витка резьбы при расчете на срез
3. Расчет рукоятки
3.1 Определение расчетной длины рукоятки (проектный расчет)
Условие ограничения длинны: , где [Lр]=1000 мм.
Рис.3.1 Схема нагружения рукоятки
Условие равновесия винта
Тр=S1·Lp·m,
откуда
Lp=Tp/m·S1,
где m-число рабочих;
Коэффициент трения для пары сталь-бронза f=0.17
S1-усилие одного рабочего ( S1=250…300Н в случае кратковременной работы);
Примем m=1, S1=300 H
Вычислим расчётную длину рукоятки:
Lp=154809.68/300 =516.03мм
Так как Lр обычно принимается на 15..20 см больше расчетной
Примем Lр=716.03мм
3.2 Определение диаметра рукоятки (проектный расчет)
Критерий работоспособности - статическая прочность при изгибе
Диаметр рукоятки dР определяется из условия прочности на изгиб
Выберем коэффициенты для ТИ равным 1,1 и [S]=1,5. Тогда
Fр=S1
23 мм.
Список литературы: