Конструирование простых винтовых устройств

Конструирование простых винтовых устройств

 

 

Методические указания

к расчетно-графической работе № 1

по курсу «Основы конструирования машин»

 

Ростов-на-Дону

2007г.

 

Составители: доц., к.т.н. Марисов А.Ф.

ст. преп. Сиротенко А.Н.

ассистент Партко С. А.

В руководстве использованы некоторые материалы предыдущего издания, составленного к.т.н., доц. Рублевым В.С., к.т.н., доц. Кушнаревым В.И. и ассистентом Грибовой М.С.

 

УДК 621.86.06001 24 (076.-5)

Конструирование простых винтовых устройств;

Издание второе и дополненное.

Методические указания к расчетно-графической работе № 1/ ДГТУ. Ростов-на-Дону. 2003г. ____ с.

 

 

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения при выполнении ими расчетно-графической работы по конструированию простых винтовых устройств в процессе изучения курсов «Основы конструирования машин» и «Детали машин».

В методических указаниях приводятся:

алгоритм выполнения работы; анализ структурной схемы механизма для разработки требуемой формы и оценки нагружения её элементов, установления их критериев работоспособности; расчеты деталей по установленным критериям работоспособности; методика конструирования деталей, некоторые справочные материалы; литература.

Печатается по решению методической комиссии Конструкторского факультета.

Научный редактор к.т.н., доцент Ю.П. Маньшин

 

Рецензент

Донской Государственный Технический Университет. 2007.

 

 

1. Цели и задачи Работы.

1.1. Ознакомление с конструкциями винтовых устройств типа домкратов, прессов, съемников, механизмов отвода муфт.

1.2. Освоение методики составления расчетных схем деталей винтовых устройств и определения их критериев работоспособности.

1.3. Освоение инженерных методов расчета и методики конструирования винтовых устройств.

 

2. содержание работы.

Расчетно-графическая работа состоит из двух частей:

пояснительной записки и графической части – чертежа ручного винтового устройства.

 

2.1. Оформление пояснительной записки.

Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 (294х210).

Записка должна содержать:

- титульный лист, выполненный по принятому на кафедре образцу;

- текст задания с указанием номера задания и варианта (первый лист записки);

- эскиз винтового устройства с буквенными обозначениями определяемых размеров (второй лист записки);

- краткое описание и назначение проектируемого устройства (третий лист);

- структурную схему механизма и её анализ;

- прочностные расчеты основных элементов винтового устройства;

- обоснование размеров детали, принимаемых конструктивно;

- определение к.п.д. винтового устройства;

- список использованной литературы;

- содержание.

Расчеты элементов конструкции должны сопровождаться эскизами с простановкой необходимых размеров и обозначений.

 

2.2. Оформление чертежа.

Чертеж устройства выполняется в карандаше на листе формата А2 или на ЭВМ, желательно, в масштабе 1:1. Чертеж выполняется с соблюдением требований ЕСКД с необходимым числом проекций, сечений и разрезов с простановкой габаритных, монтажных и посадочных размеров.

 

3. Задания на расчетно-графическую работу.

Задание на расчетно-графическую работу выдается преподавателем указанием номеров задания и варианта. Числовые данные берутся по таблице 3.1. по заданному варианту.

 

Номера заданий

Ход муфты l P, мм

Д2, мм

Д1, мм

Длина втулки l, мм

Ход винта l P, мм

Номер подшип-ника

Диаметр шкива Dш, мм

Диаметр вала d в мм

Вылет l 1, мм

1,2,3,7

Расчетная дл. винта l P, мм

Тип резьбы

треуг.

трапец.

треуг.

трапец.

треуг.

треуг

трапец.

треуг.

трапец.

прямоуг.

трапец.

упорн.

прямоуг.

трапец.

упорн.

прямоуг.

трапец.

упорн.

трапец.

прямоуг.

Осевое усилие Q (кН)

Вариант

 

 

 

 

Рис. 3.1. Пресс (задание №1)

 

 

 

Рис.3.2. Съемник для шкивов (задание №2)

 

 

Рис.3.3. Съемник для подшипников (задание №3)

 

 

Рис. 3.4. Пресс для гибки труб (задание №4)

 

Рис.3.5. Съемник для втулок (задание №5)

 

 

 

 

Рис. 3.6. Механизм отвода муфты (задание №6)

 

 

Рис. 3.7. Домкрат (задание №7)

 

 

 

Рис.3.8 Струбцина (Задание№8)

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ДЛЯ ЗАДАНИЯ №8 СТРУБЦИНА (Рис.3.8)

 

1. Осевое усилие Q = кН
2. Тип резьбы метрическая
3. Вылет l = мм
4. Ход винта l _max = мм

l_min = мм

1. Æ В =(2…4) d_винта

 

 

№ вар.	Q КН.	l мм	lмах мм	lmin мм

Где Q - требуемое усилие затяжки, кН

l - вылет винта струбцины, мм

l_мах - ход зажимной опоры струбцины, мм

l_min - минимальное расстояние от

зажимной до верхней опоры, мм.

 

4. конструирование винтовых устройств.

Определение формы винта.

По структурной схеме (а в данных заданиях и по эскизу типовой конструкции) можно представить, какой формы должен быть винт и выполнить его эскиз.

 

Пример: определение формы винта домкрата. Очевидно, что основной

элемент конструкции винта 1 (рис 3.7 и 4.1.а) – стержень с резьбой. В верхней части этого стержня должна быть головка с поперечным отверстием, в которое свободно вставляется рукоятка 5.

На головку винта 1 опирается чашка 4. Во время работы домкрата винт вращается, а чашка нет. Чтобы чашка не соскочила с винта, из головки должна выступать ось для неё. Эскиз винта – рис. 5.1.

Обратите внимание: для того чтобы выполнить такой эскиз, нужны лишь соотношения размеров деталей: один больше, а другой должен быть меньше диаметра d резьбовой части стержня винта.

 

5.2.2. Некоторые особенности конструкций винтов, задаваемых для разработки механизмов

Задания № 1 и № 4.

Винт должен вращаться в неподвижной чашке и при этом давить на деталь через неё (рис. 3.1 и 3.4). А при хранении чашка не должна соскакивать с винта. Поэтому конструкцию решают подобно рис. 5.2 или 5.3.

Диаметр d_оп должен свободно проходить через гайку, т.е. он должен быть меньше внутреннего диаметра резьбы на 0,5-1мм.

Чтобы не создавать напряжений изгиба в стержне винта, торец А выполнен сферическим. Между торцом винта 1 и чашкой 4 нужно установить сферическую шайбу 3 (рис 5.2.б).

В конструкции на рис. 5.2.а чашке 4 не дают соскочить с винта 1 два сухарика 7 (кольцо разрезанное на две части), которые крепятся к ней винтами 8. Диаметр внутреннего отверстия в этих сухариках больше на 1-2мм диаметра проточки, но меньше d_оп.

Чашка должна свободно «болтаться» на винте т.е. d_р = d_оп+ (1…2)мм и

зазор δ₁ =(1…3)мм.

После того как винт 1 упрется в дно чашки 4, а чашка в деталь, должен остаться зазор δ₂ между торцевой поверхностью винта Б и сухариками.

В конструкции на рис. 5.3 вместо сухариков использованы два штифта 9, которые вставлены в боковые сверления чашки так, чтобы чашка не спадала с винта. Все остальное аналогично предыдущей конструкции.

Задания № 2 и № 3

В этих заданиях (рис. 3.2 и 3.3) винты заканчиваются внизу заострением.

Если этого не сделать, то плоский торец винта может соскользнуть с торца вала во время стягивания шкива или подшипника (т.к. винт вращается). При изготовлении валов обычно на их торцах выполняются конические центровые отверстия. В них и упирается заостренный конец винта. Размеры центровых отверстий см. в таблице 8.1.

Задание № 5

В этом задании (рис. 4.2) захват 4 должен шарнирно закрепляться на нижнем конце винта 1. Это сделано для того, чтобы захват мог устанавливаться

по торцу выталкиваемой втулки, не создавая дополнительных изгибающих нагрузок на винт. Конструктивное решение такого узла представлено на рис.5.5.б.

На нижнем торце винта 1 выфрезерован зуб (рис. 5.5.а). Ширина зуба Н₁ может быть больше диаметра винта.

Осью 9 захват 4 связан с винтом 1. Чтобы ось 9 не выскочила, поставлен шплинт 10.

Для обеспечения возможности покачивания захвата 4 вокруг оси 9 нужно чтобы С₁>0,5R₁ и С₃>0,5R_2.

Задание № 6

Винт этого механизма устанавливается горизонтально на двух подшипниках скольжения (рис.5.4)

 

Рисунок 5.4

 

1 - проточка для выхода инструмента.

Диаметры d_{2 =} d + (2…4)мм; d_{3 =} d₁ - (2…4)мм.

Буртиком d₄ винт упирается в корпус механизма

d_{4 =} d₂ + (8…10)мм;

На посадочном месте d₅ будет находиться штурвал, а резьбовая часть d₆ нужна для установки шайбы и гайки, чтобы закрепить штурвал.

d₅ – определяется при выборе штурвала (см. п. 8.2)

d₆ – принимается: d_{6 =} d₅ - (2…4)мм.

Между резьбовой частью винта и посадочным местом d₂ и между

поверхностями d₅ и d₆ имеется проточка для выхода инструмента (см. задание № 7 в этом разделе).

Задание № 7

Для того, чтобы чашка 4 не потерялась при хранении домкрата на торце Б винта также закрепляется шайба. Но при этом чашка 4 не должна быть жестко зафиксирована на винте 1. Поэтому высота оси чашки должна быть больше толщины её дна на 1,5-2мм; d_о=10…16мм.

При нарезке резьбы на винте 1 нужно обеспечить выход инструменту (рис. 5.6). Иначе или инструмент будет поломан, или во время работы гайка заклинится и резьба её будет повреждена.

Диаметр канавки d_к берется равным внутреннему диаметру резьбы.

Ширина канавки b_к =(2..5)мм. А размер

b_п = (2…3)мм.

Диаметр переходного участка d_п =d или на несколько миллиметров больше.

D_г= (1,5…1,8)d – диаметр головки винта.

 

Вариант №1

а) Определить толщину зуба «».

На поверхности контакта деталей ось – зуб под нагрузкой возможно смятие ().

При расчетах на смятие цилиндрических поверхностей . Поэтому , мм.

где =0,8 , МПа.

Полученное значение принимается равным ближайшему большему целому числу. Но делать <15мм не нужно.

б) Размеры зуба в сечении А-А (рис. 5.5.а)

Необходимо найти из условия прочности на растяжение:

Толщина «b» принята ранее (п.а)

Ширина , мм.

Округлить до ближайшего целого значения Н_1.

Тогда радиус скругления R₂ = 0,5 Н₁

С₄ = 5мм. - размер обеспечивающий выход резьбонарезного инструмента.

в) Размеры зуба в сечении В-В(рис. 5.5.а)

Необходимо проверить прочность сечения при действии растягивающих нагрузок

_.Толщина «b» принята ранее (п.а), - из удобства изготовления.

где d₁ - внутренний диаметр винта

Если условие прочности не выполняется, то необходимо увеличить толщину зуба.

Вариант №2:

Рис. 5.7.

Задаем ширину зуба b= d +(4…6)мм

Проушина винта в сечении А–А работает на растяжение:

,

Принимаем D_пр > b + (4…6 мм).

 

Определение размеров гайки

Определение высоты гайки

Высота гайки H_г=Р·Z, мм

где Р – шаг резьбы;

Z – число витков резьбы гайки.

Число витков резьбы определяется из расчета на смятие

где А_см – площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки (рис. 6.2)

, мм²

Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [ σ_см ] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р] (Таблица 6.1)

Таблица 6.1

Материал винта и гайки	[р], МПа
Чугун по чугуну	3…3,5
Сталь по чугуну	5…6
Сталь по антифрикционному чугуну	10…13
Сталь по стали	7…13
Сталь по бронзе оловянистой	8…13
Сталь по бронзе безоловянистой	7…8

 

 

Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать Z больше не имеет смысла. Поэтому

Если Z' получается больше 10, то нужно увеличить диаметр резьбы и повторить расчет. Полученное число витков Z' проверяется на срез по плоскости «а-а» (рис. 6.2 б)

,

где [ τ_ср ]=0,75[ σ_р ] – для бронзовой гайки;

[ τ_ср ]=0,15[ σ_р ] – для чугунной гайки;

[ τ_ср ]=(0,2…0,3) σ_р – для стальной гайки;

k_р – коэффициент полноты резьбы:

k_р =0,88 для треугольной резьбы;

k_р =0,76 для упорной резьбы;

k_р =0,5 для прямоугольной резьбы;

k_р =0,4 для трапецеидальной резьбы.

Если τ_ср > [ τ_ср ] необходимо:

при Z'<10, увеличить число витков и повторить проверку;

при Z'≥10, увеличить диаметр резьбы и повторить определение числа витков.

Если τ_ср ≤ [ τ_ср ], то по Z' определяется высота гайки и округляется до ближайшего целого большего числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры».

 

6.2.2. Определение наружного диаметра гайки (кроме гаек заданий № 5 и 6).

Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв её по плоскости «в-в» (рис. 6.1). Из условия прочности на растяжение с кручением

.

и площади сечения гайки

, мм.

где [σ_р]= - для стальных и бронзовых гаек;

[σ_р]= - для чугунных гаек;

n – 2,5…3,5 – коэффициент запаса прочности;

k =1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.

Для удобства изготовления и нормальной эксплуатации толщина тела гайки должна быть не менее 5мм, поэтому должно быть

+10мм.

 

Таблица 8.1

Толщина стенки

Толщина стенки корпуса δ=8…12мм. Необходимо проверить её на сжатие. Для проверки принимается сечение А-А. [σ_сж]=130…150Мпа.

Толщина фланца h₁=(1,2…1,5)δ

 

13. Коэффициент полезного действия винтового устройства.

 

К.П.Д. винтового устройства

К.П.Д. винтового устройства определяется по формуле

,

где – полезная работа за один оборот винта;

– затраченная работа за один оборот винта.

Для однозаходных винтов , Н·мм

где Р – шаг винта.

Н·мм

 

13.2. К.П.Д. винтовой пары

К.П.Д. винтовой пары определяется по формуле

 

Библиографический список.

1. Решетов Д.Н. Детали машин. – М. Машиностроение, 1989, -496с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, в 3-х томах,

-М.: Машиностроение, 1994г.

3. Орлов П.И. Основы конструирования, -М.: Машиностроение, 1988.

Кн. 1. – 580с., кн. 2 – 542с.

Конструирование простых винтовых устройств

 

 

Методические указания

к расчетно-графической работе № 1

по курсу «Основы конструирования машин»

 

Ростов-на-Дону

2007г.

 

Составители: доц., к.т.н. Марисов А.Ф.

ст. преп. Сиротенко А.Н.

ассистент Партко С. А.

В руководстве использованы некоторые материалы предыдущего издания, составленного к.т.н., доц. Рублевым В.С., к.т.н., доц. Кушнаревым В.И. и ассистентом Грибовой М.С.

 

УДК 621.86.06001 24 (076.-5)

Конструирование простых винтовых устройств;

Издание второе и дополненное.

Методические указания к расчетно-графической работе № 1/ ДГТУ. Ростов-на-Дону. 2003г. ____ с.

 

 

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения при выполнении ими расчетно-графической работы по конструированию простых винтовых устройств в процессе изучения курсов «Основы конструирования машин» и «Детали машин».

В методических указаниях приводятся:

алгоритм выполнения работы; анализ структурной схемы механизма для разработки требуемой формы и оценки нагружения её элементов, установления их критериев работоспособности; расчеты деталей по установленным критериям работоспособности; методика конструирования деталей, некоторые справочные материалы; литература.

Печатается по решению методической комиссии Конструкторского факультета.

Научный редактор к.т.н., доцент Ю.П. Маньшин

 

Рецензент

Донской Государственный Технический Университет. 2007.

 

 

1. Цели и задачи Работы.

1.1. Ознакомление с конструкциями винтовых устройств типа домкратов, прессов, съемников, механизмов отвода муфт.

1.2. Освоение методики составления расчетных схем деталей винтовых устройств и определения их критериев работоспособности.

1.3. Освоение инженерных методов расчета и методики конструирования винтовых устройств.

 

2. содержание работы.

Расчетно-графическая работа состоит из двух частей:

пояснительной записки и графической части – чертежа ручного винтового устройства.

 

2.1. Оформление пояснительной записки.

Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 (294х210).

Записка должна содержать:

- титульный лист, выполненный по принятому на кафедре образцу;

- текст задания с указанием номера задания и варианта (первый лист записки);

- эскиз винтового устройства с буквенными обозначениями определяемых размеров (второй лист записки);

- краткое описание и назначение проектируемого устройства (третий лист);

- структурную схему механизма и её анализ;

- прочностные расчеты основных элементов винтового устройства;

- обоснование размеров детали, принимаемых конструктивно;

- определение к.п.д. винтового устройства;

- список использованной литературы;

- содержание.

Расчеты элементов конструкции должны сопровождаться эскизами с простановкой необходимых размеров и обозначений.

 

2.2. Оформление чертежа.

Чертеж устройства выполняется в карандаше на листе формата А2 или на ЭВМ, желательно, в масштабе 1:1. Чертеж выполняется с соблюдением требований ЕСКД с необходимым числом проекций, сечений и разрезов с простановкой габаритных, монтажных и посадочных размеров.

 

3. Задания на расчетно-графическую работу.

Задание на расчетно-графическую работу выдается преподавателем указанием номеров задания и варианта. Числовые данные берутся по таблице 3.1. по заданному варианту.

 

Номера заданий

Ход муфты l P, мм

Д2, мм

Д1, мм

Длина втулки l, мм

Ход винта l P, мм

Номер подшип-ника

Диаметр шкива Dш, мм

Диаметр вала d в мм

Вылет l 1, мм

1,2,3,7

Расчетная дл. винта l P, мм

Тип резьбы

треуг.

трапец.

треуг.

трапец.

треуг.

треуг

трапец.

треуг.

трапец.

прямоуг.

трапец.

упорн.

прямоуг.

трапец.

упорн.

прямоуг.

трапец.

упорн.

трапец.

прямоуг.

Осевое усилие Q (кН)

Вариант

 

 

 

 

Рис. 3.1. Пресс (задание №1)

 

 

 

Рис.3.2. Съемник для шкивов (задание №2)

 

 

Рис.3.3. Съемник для подшипников (задание №3)

 

 

Рис. 3.4. Пресс для гибки труб (задание №4)

 

Рис.3.5. Съемник для втулок (задание №5)

 

 

 

 

Рис. 3.6. Механизм отвода муфты (задание №6)

 

 

Рис. 3.7. Домкрат (задание №7)

 

 

 

Рис.3.8 Струбцина (Задание№8)

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ДЛЯ ЗАДАНИЯ №8 СТРУБЦИНА (Рис.3.8)

 

1. Осевое усилие Q = кН
2. Тип резьбы метрическая
3. Вылет l = мм
4. Ход винта l _max = мм

l_min = мм

1. Æ В =(2…4) d_винта

 

 

№ вар.	Q КН.	l мм	lмах мм	lmin мм

Где Q - требуемое усилие затяжки, кН

l - вылет винта струбцины, мм

l_мах - ход зажимной опоры струбцины, мм

l_min - минимальное расстояние от

зажимной до верхней опоры, мм.

 

4. конструирование винтовых устройств.