Домкрат самолетный

Домкрат самолетный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет

Им Н.Е. Жуковского

«ХАИ»

ДОМКРАТ САМОЛЕТНЫЙ

Пояснительная записка к домашнему заданию

Дисциплина - “Конструирование машин и механизмов”

Харьков

Содержание

Введение

.         Исходные данные

2.      Расчёт винта

.        Расчёт гайки

4. Расчёт рукоятки

. Расчёт корпуса

. КПД механизма

Заключение

Список использованных источников

Введение

Цель этой работы состоит в том, чтобы спроектировать винтовой механизм авиационных устройств (домкрат самолетный). Назначение передач винт-гайка - преобразование вращательного движения в поступательное. Передачи обеспечивают большой выигрыш в силе, возможность получения медленного движения, большую несущую способность при малых габаритах, возможность достижения высокой точности перемещений, простоту конструкции и изготовлению, поэтому винтовые механизмы получили широкое распространение в авиационных устройствах и работах.

В данной работе спроектирован самолётный домкрат. Рассчитаны винт, гайка, корпус винтовой передачи.

Также проведены проверочные расчёты и подобраны стандартные детали.

винтовой механизм домкрат самолетный

Исходные данные

Основные исходные данные:

- действующая сила P, Н:  9000;

тип резьбы: ГОСТ 9484;

- габаритный размер , мм: 1500;

ход винта: ;

габаритный размер : .

Схема механизма представлена на рисунке 1.

Рис 1 - Схема домкрата самолетного

Так как механизм ответственный и испытывает большую нагрузку, то материалы винта назначаем из качественной стали, а для гайки - из бронзы.

Для винта: Сталь45 (s_в=610  s_т=360);

Для гайки: БроФ 10-1 ГОСТ 613-41 (s_в=300).

2. Расчёт винта

Во всех случаях винт работает на сжатие (растяжение) и кручение. Винты должны одновременно удовлетворять условию прочности при продольном изгибе и условию допускаемой гибкости:

;

.

Наиболее допускаемая гибкость для грузовых винтов . Задаёмся гибкостью и коэффициентом запаса - , . Допускаемые напряжения для стальных винтов определяются по формуле:

.

Находим диаметр винта по критериям, определяющим работоспособность передачи винт-гайка, исходя из условий: прочности на сжатия с учётом устойчивости, допускаемой гибкости, износостойкости рабочих поверхностей витков резьбы.

а) Условие прочности на сжатия с учётом устойчивости.

,

где k - коэффициент, учитывающий скручивание тела винта моментом в опасном сечении. Для съемников k=1.3;

j - коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения , j=0,9;

a - отношение внутреннего диаметра d₀ к внешнему d₁ (для сплошного сечения ).

б) Условие по допускаемой гибкости.

где - коэффициент приведённой длины винта, который равен ;

- коэффициент полноты сечения, 0,25;

- свободная длина винта, ;

 - допускаемая гибкость для грузовых винтов;

.

в) Износостойкость рабочих поверхностей витков резьбы.

,

где  - средний диаметр резьбы винта;

 - коэффициент высоты гайки(для ходовых винтов принимают конструктивно 1,2…2,5);

 - высота гайки;

 - коэффициент высоты резьбы. Для трапецеидальной резьбы

;

 - высота профиля трапецеидальной резьбы,

 - шаг резьбы;

 - допускаемое удельное давление, зависимое от материалов трущейся пары ;

По наибольшему диаметру подбираем резьбу (наибольший диаметр получился в расчетах на износостойкость рабочих поверхностей витков резьбы):

Таблица 1 - Параметры резьбы

  Наружный Внутренний

Средний

Наружный

Внутренний

Рис.2 - Резьба трапецеидальная

Проводим проверочные расчёты на условие самоторможения и на прочность в опасном сечении.

Расчёт на условие самоторможение.

Угол подъёма средней винтовой линии резьбы:

.

где - количество заходов резьбы (принимаем );

 - шаг резьбы;

 - средний диаметр резьбы.

Приведенный угол трения:

 при обильной смазке в винтовой паре, скорости  и коэффициенте трения .

Условие самоторможения выполняется, так как .

Дальше выполняем проверку винта на прочность в опасном сечении:

;

;

Условие прочности выполняется.

3. Расчет гайки

Гайки обычно изготавливаются из материалов, имеющих в паре со стальным винтом низкий коэффициент трения и хорошую износостойкость. К таким материалам относятся оловянистые и безоловянистые бронзы, латунь, металлокерамика и антифрикционный чугун.

Гайки выполняются в виде цилиндрических втулок, которые запрессовываются или ввинчиваются в подвижный или неподвижный корпус. В данном случае конструкцию гайки выбираем таким образом, чтобы распределение нагрузки по виткам резьбы было наиболее равномерным

Материал гайки:  БрОФ 10-1 ГОСТ613-41(s_в=300).

Рис.3 - Конструкция гайки

При расчёте резьбы гаек допускается, что осевое усилие распределяется по виткам равномерно, а угол подъёма витков настолько мал, что их можно рассматривать в виде плоских круговых колец. В гайке рассчитывают резьбу (на изгиб, срез и удельное давление), основные её размеры (H, D), а также отдельные элементы (посадка в корпус, упорный буртик , фиксирующие детали и др.).

Тело гайки подвергается кручению и сжатию. Наружный диаметр тела гайки  определяется из условия прочности:

где  - коэффициент, учитывающий скручивание тела гайки, ;

 - допускаемое напряжение сжатие или растяжения

.

Таким образом,

.

Толщина стенки гайки по условию прочности оказалась малой, наружный диаметр гайки назначаем конструктивно:

.

Далее определяем число витков:

.

Из конструктивных соображений принимаем

После этого определяем высоту гайки:

Проводим проверку витков резьбы на прочность, так как материал гайки обладает более низкими механическими свойствами, чем материал винта. Виток резьбы гайки разворачиваем по наружному диаметру (D) и представим в виде консольной балки, несущей равномерно распределённую нагрузку, которую заменяем сосредоточенной силой F/z. Наибольшее напряжение среза и изгиба возникают в корневом сечении с длиной  и высотой витка . Исходя из условия прочности витка на срез:

;

.

а) Проверка на срез:

.

где  - ширина витка в корневом сечении резьбы (H₀=1,9).

б) Проверка на смятие:

.

где  - высота витка в среднем сечении.

в) Проверка на изгиб:

.

Все условия выполняются.

Размер заплечика  определяем из условия смятия материала гайки под действием силы P по уравнению:

,

.

Из конструкторских соображений принимаем D=5 мм.

Высоту заплечика  определяется из условия изгиба под действием нагрузки , без учёта запрессовки и трения на поверхности гайки, по уравнению:

.

Соединение гайки с корпусом имеет следующий вид (рис. 4).

Рис.4 - Конструктивная схема соединения гайки с корпусом

Витки гайки проверяют на прочность при следующих допущениях:

а) осевое усилие  распределяется между витками равномерно;

б) угол подъема витков настолько мал, что их можно рассматривать в виде плоских круговых колец.

Уравнение прочности витка на срез при нагрузке, приходящейся на один виток  имеет вид:

,

Расчетная схема витка гайки на изгиб представляет собой кольцевую плитку, заделанную по наружному контуру и несущую равномерно распределенную нагрузку:

Прочность витка на изгиб:

где

Гайку в корпус ставим по посадке с гарантированным натягом. Для уменьшения натяга гайку в корпусе фиксируем штифтом, который должен удерживать гайку от проворачивания при работе механизма. Расчет штифта выполним из условия его среза по сечению  или смятия поверхности под действием момента винтовой пары:

Из конструктивных соображений длина штифта должна равняться:

По справочнику подбираем штифт: Штифт 4Г12 ГОСТ 3128-70

Рис.5 - Соединение гайки с корпусом с помощью штифта

4. Расчёт рукоятки

Для повышения производительности труда используют рукоятки с храповым механизмом.

Соединение храпового колеса с винтом бывает шпоночным, штифтовым или профильным. Выбираем шпоночное соединение, выбираем в соответствии с ГОСТ 23360 - 78 по диаметру вала: 30 -38 - 10 x 8.

Размеры храпового колеса не гостированы и выбираются конструктивно. Обычно:

, примем

,

, Z = 8

После черновой прорисовки выполним проверочные расчеты:

1.Определим силу, действующую на ось собачки:

. Рассчитаем зуб храпового колеса на смятие:

И на изгиб:

3. Ось собачки рассчитываем на срез как двухсторонний стержень:

И на изгиб как балку на двух опорах под действием сосредоточенной силы:

. Расчёт пяты скольжения

По ГОСТ 831-75 принимаем подшипник шариковый радиально-упорный однорядный, его характеристики:

 - внутренний диаметр кольца подшипника,

 - наружный диаметр кольца подшипника.

Рис.6 - Подшипник шариковый радиально-упорный однорядный

Расчетная грузоподъемность стандартного радиально-упорного шарикоподшипника при действии только осевой нагрузки F(A):

где - начальный угол контакта, равный углу между линией действия нагрузки на тело качения и плоскостью, перпендикулярной к оси подшипника, ;

- коэффициент осевой статической нагрузки (так как , то );

- статическая грузоподъемность;

- коэффициент запаса (1,2…1,5).

Условное обозначение подшипника: 36206.

Грузоподъемность: , .

По ГОСТ 831-75определяем размеры подшипника:

Момент трения в стандартном радиально-упорном шарикоподшипнике равен:

где - средний диаметр круга катания шариков;

- коэффициент трения качения;

- диаметр шарика;

- внутренний диаметр кольца подшипника;

- приведенный коэффициент трения.

Основной критерий работоспособности плоской сплошной и кольцевой пят это износостойкость, из него можно определить наружный диаметр пяты:

,

где - отношение внутреннего диаметра пяты к внешнему.

Определим момент трения:

.

. Расчёт корпуса

Корпус домкратов для обслуживания авиационных изделий представляет собой пространственную конструкцию, изготовленную из стальных (25 ХГС, 30 ХГС) или дюралевых (Д-16) труб или уголков.

Рис.7 - Расчетная схема корпуса домкрата

Разложим силу  на три направления, находим силу , сжимающую

подкос:

,

 , .

Выбираем трубчатые подкосы Д-16 (s_т=330МПа).

Задаёмся предельной гибкостью , из условия допускаемой гибкости находим наружный диаметр трубы:

Принимаем наружный диаметр трубы d_нтр=30мм, S_сеч=3.3см²

- осeвой момент сопротивления;

Размеры опорной плиты домкрата определяются из расчета на смятие материала, на который устанавливается домкрат. Обычно под домкрат подкладываются доски, шпалы, для которых допускаемое напряжения смятия [s_см] = 1¸ 2 Н/мм².

Принимаем [s_см] = 1 Н/мм²

Найдем площадь сечения опоры:

Определим диаметр плиты d.

Принимаем d=78мм.

7. КПД механизма

Коэффициент полезного действия винтовой пары скольжения определяется по формуле (при прямом ходе):

.

КПД механизма определяем по формуле:

где  работа сил полезного сопротивления за один оборот;

работа сил полезного сопротивления и трения в винтовой паре за один оборот;

работа сил полезного сопротивления в подшипнике.

КПД механизма должен мало отличаться от КПД винтовой передачи.

Заключение

В ходе данного домашнего задания мы приобрели первичные навыки конструкторской деятельности.

В данной расчетно-графической работе представлен расчет винтового механизма домкрата самолётного. В ходе расчетов были определены параметры винтовой передачи, корпуса, подобраны стандартные детали. Определен КПД механизма, который равен 38 %

Список использованных источников

1. Муравьева А.М., Яковлев Ю.В. Методические указания к выполнению домашнего задания по винтовым устройствам: Харьков, Харьк. авиац. ин-т, 1981.

. Еофян А.С., Дорофеев В.Г. Проектирование винтовых механизмов авиационных устройств и роботов: Харьков, Харьк. авиац. ин-т, 1989.

. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3-х т.М.: Машиностроение, 1979. Т.1

. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т.М.: Машиностроение, 1979. Т.2