Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

Пояснительная записка к курсовой работе

САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра МиДМ

Пояснительная записка к курсовой работе

«Расчет домкрата»

Выполнил студент: _______ Лапаев В. И.

Группа: 3033/1

Преподаватель: ______ Жуков В. А.

Санкт – Петербург

2012 год

Оглавление

1. Проектирование винтовой пары………………………3

2. Проектирование ходового винта……………................ 4

3. Проверка соответствия проектируемого домкрата критериям функциональности…………………………………….. 6

4. Проектирование гайки ходового винта………………8

5. Определение диаметра рукоятки домкрата………….. 10

Исходные данные:

Грузоподъемность – 15 кН

Осевое перемещение винта – 200 мм

Режим работы – редко

Тип резьбы – трапецеидальная

Материал винта – Ст5

Материал гайки – СЧ18-36

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИНТОВОГО ДОМКРАТА

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИНТОВОЙ ПАРЫ

Возможные виды отказа винтовой пары:

– износ рабочей поверхности витков ходовой резьбы винта;

– срез витков резьбы под действием силы Q.

Критерий износостойкости пары «винт-гайка» механизмов с ручным приводом (при малых скоростях скольжения) записывают в виде:

                                                              р £ [p],                            

где р = Q/A_пв – среднее давление на поверхности витков резьбы;

A_пв = (pd₂H₁) z – расчётное значение рабочей поверхности витков резьбы (рис. 1);

H₁ – высота рабочей части профиля резьбы,

 z – расчётное число витков резьбы.  

 [p] – допускаемое давление.

Материал винтовой пары:                   

Сталь незакалённая – серый чугун,  

[р]=4…5  МПа.

Нагрузка между витками резьбы распределена крайне

неравномерно. Поэтому приведенные выше значения  [р] можно использовать при оценке износостойкости, если число z полных витков гайки ходового винта не превышает z£ [z] = 10.. 12

При проектировании пары «ходовой винт-гайка» не известны число витков z и параметры резьбы H₁ и d₂. В соотношении (1) производят замену переменных так, чтобы получить зависимость давления р только от параметра d₂:

1) H₁ = y _h Р, где y_h – коэффициент высоты профиля резьбы;

согласно ГОСТ 9484-81 для трапецеидальной резьбы y_h = 0, 5;

2) Р z = H_рг, где H_рг– расчётная высота гайки;

3) H_рг/d₂ = y_H, где y_H – коэффициент высоты гайки;

значение y_H принимают в пределах 1, 6 … 2, 5; меньшие значения – для прессов,

большие – для домкратов. Примем y_H = 2, 5.

Критерий (1) запишем в виде р = Q/ (py_h y_H d₂²) £ [р] и получим                                                    

формулу для определения расчётного значение среднего диаметра:                                        

                                     d_2р = Ö Q/ (py_Hy_h [р])

Проектировочный расчёт

(15000 / (3, 14 * 2, 5 * 0, 5 * 5 * 10⁶))^{0, 5} = 28 мм

Примем стандартную резьбу с шагом Р = 6 мм при z = 12 соответствует резьба Tr 30 ´ 6, для которой d₂ = 27 мм d₃=23 мм, H₁=0. 75Р=3 мм

Расчётное значение высоты гайки H_р = y_H d_2р = 2, 5/27 = 67, 5 мм;

расчётное значение шага резьбы равно Р_р = H_р/ z = 67, 5/12 = 5, 6 мм

Расчётная высота гайки H_рг = y_H d₂ = 2, 5*27 = 67, 5 мм;

 высота гайки на чертеже H_г = H_рг+ Р = 67, 5+6 = 73, 5

Проверочный расчёт

Расчётное значение давления р = Q/A_пв= Q/((pd₂ × H₁ z) = 15000 / (3. 14 * 0, 027* 0, 003 * 12) = 4, 91 МПа

P = 4, 91 МПа  = 5 МПа – условие износостойкости выполняется

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОДОВОГО ВИНТА

Основные виды отказа тела ходового винта:

– потеря устойчивости под действием сжимающей силы;

Критерий статической прочности тела ходового винта при проверочном расчёте запишем в виде s ³ [s], где примем [s] =3.

где s_сж = 4Q/(p d_m  ); t _кр = Т_вп /W_p,

d_м @ d3 – 1 - диаметр опасного сечения

d₃ = 23 мм (табличное значения для d =30 мм) - внутренний диаметр резьбы винта

d_m =23 – 1 = 22 мм

Определение момента трения в резьбе:

Твп = 0, 5× Q× d₂× tg(y+φ ),

где tgy =  – угол подъема винтовой линии,

tgφ ^’ = f ′ = 1, 03f = приведенный угол трения,

f – коэффициент трения скольжения

Таблица 1. Коэффициенты трения

f = 0, 18

tgφ ^’ = 1, 03*0, 18 = 0, 1854

Твп = 0, 5× Q× d₂× tg(y+φ ) = 0, 5 * 15000 * 0, 027* 0, 2562 = 51, 9 Н*м 

, где:

 МПа,  МПа,

МПа,

= 280 МПа ( табличное значение для материала Сталь 5) – предел текучести

S = 280 * 10⁶ / 58, 4* 10⁶ = 4, 8

 S = 4, 8 ˃ [S]= 3 – условие статической прочности выполняется.

Проверка устойчивости ходового винта:

Потеря устойчивости – особый вид отказа, который проявляется в нарушении формы упругих тел под действием сжимающих сил, вызывающих напряжение сжатия s_сж меньше предела текучести материала s_т.

Выбор критерия устойчивости зависит от соотношения между гибкостью винта l и предельным значением гибкости стержня из данного материала.

упругости материала ходового винта (для конструкционных

сталей Е = 2, 1 × 10⁵ МПа);

s_у – предел упругости материала винта, в данном

случае можно принять s_у = 0, 8s_т.                                                                  

l = m l / i определим при следующих данных:

m – коэффициент, учитывающий способ закрепления

винта в опорах, при одной «жесткой» опоре m = 2;

 i – радиус инерции площади поперечного сечения,

 равный i = d₃/ 4.

l - расчётная длина, l = l_хв + 0, 5Н_г+1, 5d, где l_хв – длина ходового винта,

 Н_г – длина гайки ходового винта.

l_пред  = p (Е/s_у)^1/2 = 3, 14*(2, 1*10¹¹/0, 8*280*10⁶)^1/2 = 96, 1

l = l_хв + 0, 5Н_г+1, 5d = 200+0, 5*37 +45=264 мм

i = d₃/ 4 = 23/4 = 5, 75 мм

l = m l / i = 2*264*10^-3/5, 75*10^-3 = 98

l˃ l_пред , тогда критерий устойчивости записывается в виде:

s_Е =s_Е /s_сж   ³ [s_Е], где s_Е – критическое напряжение, определяемое по формуле Эйлера: s_Е = (p/l)² Е,

s_сж – напряжение сжатия стержня винта; s_сж = Q/ A;

s_Е и [s_Е] – соответственно, расчётный и нормативный коэффициенты запаса по устойчивости; [s_Е] принимается для вертикальных ходовых винтов в пределах 2, 5 … 4.

s_Е = (p/l)² Е = (3, 14/98)²*2, 1*10¹¹ = 216 МПа

s_сж = Q/ A = 15000*4/3, 14*0, 023² = 36 МПа

s_Е =s_Е /s_сж = 216/36 = 6

s_Е = 6 ˃ [s_Е]=4 – условие устойчивости выполняется.

3. ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО ДОМКРАТА КРИТЕРИЯМ ФУНКЦИОНАЛЬНОТИ

Проверка самоторможения винтовой пары:

tgy = 0, 07 ˂ tgφ ^’ = 0, 18

y = 4, 4˚ ˂ φ ^’ = 11, 3˚ - условия самоторможения выполняются.

Проверка энергосилового согласования:

Т_вп+ M_оп ≤ [F_p]*L_p, где [F_p] = 300 Н

Mоп = , где

D_o = d_г = 1, 5d = 44 мм

d_o = 0, 5D_o = 22 мм

М_оп = 0, 25*15000*0, 23*66*10^-3 = 57 Н*м

Проверка устойчивости домкрата:

Сила тяжести груза, как правило, направлена

неточно по оси ходового винта. Обычно ось

ходового винта проходит через центр тяжести

основания домкрата. В этом случае наибольшее

возможное смещение e точки приложения силы

Q от центра тяжести основания домкрата равно

половине диаметра грузовой опоры d_г.  Момент

Qе вызывает перераспределение напряжений в

 зоне контакта основания корпуса домкрата с

фундаментом. Допустимым принимается

состояние, при котором суммарное напряжение

 от сжатия и изгиба в точке Вравно нулю. Из

курса «Сопротивление материалов» известно,

что максимальное смещение:

е = J_z / (А y_max) = i ²/ y_max, где

J_z – минимальный осевой момент инерции

основания корпуса домкрата;

А = А_ос – площадь основания корпуса домкрата;

y_max – расстояние от точки А до оси z.

Для домкрата y_max = D_ос/2 и, соответственно, критерий устойчивости запишем в виде:

d_гр £ 2е = D_ос/4 + (d_ос)²/(4D_ос), где

d_гр = 50 мм;

d_ос = D_ос-60

50 = D_ос/4+(D_ос-60)²/(4 D_ос)

D_ос = 160 мм

d_ос = 160-60 = 100 мм

Условие отсутствия смятения настила под действием груза:

s_см = Q / А_ос = 4Q / [p(D_од – d_од)] £ [s_см], где

[s_см] – допускаемое напряжение при расчёте на смятие;

для древесины принимается [s_см] = 2... 4 МПа.

s_см = 4*15000/3, 14*(160-100)10^-3 = 0, 3 МПа £ [s_см] = 2 – условие выполняется.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГАЙКИ ХОДОВОГО ВИНТА

Гайка ходового винта совместно с ходовым винтом преобразует вращательное движение в поступательное, обеспечивает подъём, удержание и опускание груза. Витки резьбы гайки контактируют с витками резьбы ходового винта. Тело гайки находится под действием сжимающей силы Q и крутящего момента Т_вп. Гайка опирается на корпус домкрата; от вращения в корпусе домкрата гайка удерживается стопорным устройством (обычно стопорным винтом).

Возможные виды отказа:

– износ рабочей поверхности витков ходовой резьбы гайки;

– срез витков резьбы гайки под действием силы Q;

– пластическая деформация (или разрушение) тела гайки от действия растягивающей силы Q и крутящего момента Т_вп;

– смятие поверхности контакта С-С гайки с корпусом домкрата под действием силы Q;

Критерий прочности витков резьбы гайки при срезе:

s =t_т /t ³ [s] =4, где 

t_т » 0, 6s_пч

s_пч – предел прочности, s_пч = 180 МПа

K_p = 0, 64P = 0, 64*6 = 3, 84 мм

t_т = 0, 6*180 = 108 МПа

s =  – условие выполняется.

Критерий статической прочности тела гайки:

S=s w: val=" 24" /> < /w: rPr> < m: t> РєСЂ< /m: t> < /m: r> < /m: sub> < m: sup> < m: r> < w: rPr> < w: rFonts w: ascii=" Cambria Math" w: h-ansi=" Times New Roman" /> < wx: font wx: val=" Cambria Math" /> < w: i/> < w: sz w: val=" 24" /> < w: sz-cs w: val=" 24" /> < w: lang w: val=" EN-US" /> < /w: rPr> < m: t> 2< /m: t> < /m: r> < /m: sup> < /m: sSubSup> < /m: e> < /m: rad> < /m: den> < /m: f> < /m: oMath> < /m: oMathPara> < /w: p> < w: sectPr wsp: rsidR=" 00000000" > < w: pgSz w: w=" 12240" w: h=" 15840" /> < w: pgMar w: top=" 1134" w: right=" 850" w: bottom=" 1134" w: left=" 1701" w: header=" 720" w: footer=" 720" w: gutter=" 0" /> < w: cols w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /w: body> < /w: wordDocument> "> ≥ [S] = 4

=d+1, 5P = 30+1, 5*6=39 мм

 принимаем из ряда нормальных размеров, и примем что =46 мм

 м³

s =  - условие выполняется.

Критерий отсутствия смятия поверхности контакта «фланец гайки – корпус домкрата»:

, где

,

r – радиус галтельного перехода тела гайки к фланцу,

 мм

f – фаска,

 мм

 - условие выполняется.

Критерий среза буртика фланца гайки:

h_ф = 0, 25H_г = 0, 25*74 = 18 мм

Рисунок 6. Расчетные схемы

параметров гайки с буртиком

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА РУКОЯТКИ ДОМКРАТА

В данной работе конструкция рукоятки простейшая (в виде цилиндра постоянного сечения с шайбами на одном или обоих концах, ограничивающих смещение рукоятки относительно готовки ходового винта).

В расчётной схеме (рис. 5) рукоятка представлена стержнем с заделкой одного конца. Условие статической прочности при изгибе запишем в виде

Определение диаметра рукоятки домкрата:

Условие расчета:

 ;

Из ряда нормальных линейных размеров, примем d_р=20 мм.

Материал рукоятки сталь Ст. 3 с пределом текучести s_т = 230 МПа. Ввиду тог, что малая пластическая деформация материала рукоятки не приведёт к серьёзным последствиям, можно принять коэффициент запаса по пределу текучести [s_т] = 1, 5.