Проектирование и расчет новой конструкции съемника для спрессовки фрикционной муфты трактора

 

Назначение и устройство приспособления. Съемник винтового типа (рис.3.9) предназначен для выполнения разборочно-сборочных работ при разработке и сборке неподвижных соединений. Съемник состоит из литой чугунной балки 1, в которую запрессована гайка 2. С гайкой сопряжен упорный винт 3. В отверстия по концам балки установлены две стойки с упорами 4, осуществляющие захват корпуса муфты при ее выпрессовке. При этом упорный винт приводится во вращение с помощью воротка 5.

Исходные данные для расчета:

– длина образующей цилиндра барабана муфты L = 200 мм;

– максимальное усилие выпрессовки Р = 32 кН;

– усилие на воротке F = 250 Н.

 

Рис. 3.9. Эскиз съемника:

 

1 – балка; 2 – гайка; 3 – упорный винт; 4 – стойка в сборе с упорами; 5 – вороток

 

Прочностной расчет деталей съемника.

1. Определение диаметра упорного винта и выбор резьбы.

Определяем внутренний диаметр винта из условия сжатия. Принимаем материал винта – сталь 35, δ_ст = 70 МПа. Тогда

 

(3.265)

 

 

Принимаем трапецеидальную резьбу (ГОСТ 9484) d = 36 мм (d_Z = 29 мм, d_с = 33 мм, S = 6 мм, Х = 30 мм).

2. Проверка винта на самоторможение.

Запишем условие самоторможения: J ≥ β, где J – угол трения; β – угол подъема резьбы.

 

(3.266)

 

где f – коэффициент трения в резьбе (сталь по чугуну f = 0,15).

8º30΄.

 

= 3º19΄.

 

8º30΄ ≥ 3º19΄ – условие самоторможения обеспечивается.

3. Проверка упорного винта на продольный изгиб (устойчивость).

Условие устойчивости:

 

(3.267)

 

где φ – коэффициент уменьшения допустимых напряжений, выбираемый в зависимости от гибкости λ

 

(3.268)

 

где µ – условие закрепления (так как в резьбе имеются зазоры, то принимаем шарнирное закрепление µ = 1);

l – длина рабочей части винта, равная длине образующей цилиндра муфты;

i – радиус инерции (для круглого сечения i = d_z).

 

 

Тогда при λ = 30 и φ = 0,94 имеем:

 

МПа;

 

МПа.

 

Условие устойчивости σ ≤ φ · δ_СТ выполняется.

Общую длину винта определяем как сумму длины рабочей части (200 мм) и участка свободного хода (принимаем 150 мм).

Тогда l = 200 + 150 = 350 мм.

4. Определение размеров гайки.

Исходя из условий работы упорного винта (в режиме ходового винта – сталь по чугуну), принимаем материал гайки – СЧ 18-36.

Определяем число витков гайки Z из условия износостойкости. Для работы сталь по чугуну [Р] = 4,5...8,0 МПа. Принимаем [Р] = 8,0 МПа.

 

(3.269)

 

 

Определяем высоту гайки Н (Н = Z · S = 11 · 6 = 66 мм). Значение высоты принимаем равным Н = 70 мм.

Условие прочности на растяжение:

 

(3.270)

 

где n – коэффициент запаса прочности (значение коэффициента находится в пределах n = 1,5...3,0, принимаем равным n = 2,5).

Для СЧ 18-36 принимаем δ_в = 18 МПа. Тогда [δ_р] = 18 / 2,5 = 72 МПа.

Определим наружный диаметр гайки D по формуле:

 

(3.271)

 

 

Принимаем D = 45 мм.

Условие смятия:

 

[δ_СМ] = 4 · δ_В = 4 · 18 = 72 МПа.

 

Определим диаметр буртика гайки D₁ по формуле:

 

(3.272)

 

 

Принимаем D₁ = 52 мм.

Условия прочности на срез:

 

[τ_ср] = 1,5 · 18 = 27 МПа.

 

Определим высоту буртика гайки h по формуле:

 

(3.273)

 

 

Принимаем h = 10 мм.

5. Определение размеров балки (рис. 3.10).

 

 

Рис. 3.10. Определение размеров балки

 

Исходя из размеров гайки, принимаются:

– толщина балки n = Н – h = 70 – 10 = 60 мм;

– ширина балки m = D₁ = 52 мм.

Тогда сечение балки составит: n × m = 60 × 52.

Длину балки выбираем конструктивно, исходя из размеров муфты (D_м = 360 мм).

С учетом отверстий под стойки, принимаем L = 400 мм.

Проверяем прочность балки на изгиб (рис. 3.11):

 

 

 

Рис. 3.11. Проверка прочности балки на изгиб

 

Определяем изгибающий момент (рис. 3.11):

 

= 3,2 кН·м.

(3.274)

 

где W – момент сопротивления поперечного сечения балки в ее поперечной плоскости (рис. 3.12).

Н = n = 6,0 см.

 

 

 

 

Рис. 3.12. Определение поперечного сечения балки в поперечной плоскости

 

Принимаем [δ_н] = δ_н / 2 = 360 / 2 = 180 МПа.

Тогда М / W = 3,2 / 3,15 = 10 МПа ≤ [δ_н] = 180 МПа.

Прочность балки на изгибе с большим запасом.

6. Определение размеров стойки с упорами.

Длину стойки l определяем конструктивно с учетом размера образующей цилиндра барабана муфты и удобства установки съемника на муфту.

Размер в свету в крайнем положении между балкой съемника и торцом муфты принимаем 100 мм. Тогда l = 200 + 100 = 300 мм.

Размеры сечения стойки определяем из условия прочности на растяжение (материал стойки – сталь 3):

 

(3.275)

 

(3.276)

 

Принимая n = 3 и δ_т = 240 МПа, получим:

 

 

Р = 32 / 2 = 16 кН, так как на балке установлены 2 стойки.

Тогда из выражения (3.275) определим:

 

 

Принимаем а = 20 мм, в = 10 мм (рис. 3.13).

 

 

Рис. 3.13. Определение размеров стойки с упорами

 

Размеры упора по технологическим соображениям принимаем равными размерам тела стойки (а = 20 мм, в = 10 мм).

Проверяем упоры из условия прочности на срез (рис. 3.14):

 

Р ≤ а · в ·[τ]. (3.277)

 

Тогда при [τ] = 140 МПа, 16000 ≤ 2 · 1 · 140 = 28000 кН.

Следовательно, условие прочности на срез обеспечивается.

 

 

Рис. 3.14. Проверка упоров из условия прочности на срез

 

Определяем размер упора в плане «с» из условия прочности на смятие:

 

; отсюда (3.278)

 

Тогда при δ_см = 320 МПа, 0,25 см.

 

Из условий удобства захвата барабана муфты принимаем с = 10 мм.

7. Определение размеров воротка.

Определяем момент, необходимый для вращения воротка съемника при спрессовке муфты (момент трения на торце винта):

 

(3.279)

 

где d_c – средний диаметр резьбы винта (принимаем d_c = 33 мм);

d – наружный диаметр стержня упорного винта (d = 36 мм);

β – угол подъема резьбы винта (принимаем β = 3º19΄);

J – угол трения (принимаем J = 8º30΄);

f – коэффициент трения (принимаем f = 0,15).

Тогда

 

169,6 Н·м.

 

Определяем длину воротка, необходимую для преодоления крутящего момента из условия приложения к нему силы F = 250 Н:

 

0,68 м.

 

Запишем условие прочности на изгиб (материал воротка – сталь 3):

 

(3.280)

 

Принимая δ_в = 380 МПа и n = 3, получим [δ_и] = 380 / 3 = 126,5 МПа.

Определим диаметр воротка d ' по следующей зависимости:

 

(3.281)

 

 

Принимаем d ' = 24 мм.