Пресс монтажный односторонний

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет

Им Н.Е. Жуковского

«ХАИ»

Пояснительная записка к домашнему заданию

Дисциплина - “Детали машин и основы конструирования”

Пресс монтажный односторонний

ХАИ.204.234.11О.09002111 ПЗ

Харьков - 2011

Содержание

Введение

. Расчет винта

.1. Выбор материала

.2 Проектировочный расчет

.3 Проверочный расчет

. Расчет гайки

. Расчет рукоятки

. Расчет корпуса

. КПД механизма

Заключение

Библиографический список

Введение

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом обеспечивается очень большой выигрыш в силе. Такие передачи широко используются в авиационной технике: в домкратах, съёмниках, подъёмниках шасси и др.

Преимущества такой передачи - это большая несущая способность при малых габаритах, возможность достижения высокой точности перемещения, простота конструкции и изготовления.

Недостатком является маленький КПД таких передач.

В данной работе спроектирован пресс монтажный односторонний. Рассчитаны винт, гайка, корпус винтовой передачи.

Основные исходные данные

Основные исходные данные:

·        Действующая сила(Н): F=10000 Н;

·        Тип резьбыГОСТ 9484;

·        Размер Hmax(мм):Hmax=260 мм;

·        Размер В (мм): В=65 мм;

·        Размер d (мм:)d=65 мм;

·        Размер d2 (мм):d2=104 мм;

·        Размер А (мм):А=260 мм;

1. Расчёт винта

.1 Выбор материала

Материалом для винтов пары трения скольжения служат углеродистые стали обычного качества, качественные и легированные конструкционные стали. Материалом гаек винтовых пар, не испытывающих ударных нагрузок и не требующих большой точности, служит серый или антифрикционный чугун. Для точных и ответственных механизмов гайки изготавливают из бронз.

На проектирование заданы следующие материалы:

Для винта - 65Г, временное сопротивление разрыву
 1200МПа; предел текучести  1000 МПа;

для гайки - БрАЖН10-4-4 временное сопротивление разрыву
  650 МПа.

.2 Проектировочный расчет

Винт изделия работает на сжатие с продольным изгибом и кручение.

Диаметр винта определён из трех условий: прочности стержня, нагруженного продольной силой, его устойчивости и износостойкости резьбы.

Условие прочности на сжатие с учетом устойчивости

,

Откуда

,

где F - заданная внешняя нагрузка; d3 - внутренний диаметр резьбы винта; k - коэффициент, учитывающий скручивание тела винта моментом в опасном сечении, k = 1,3;  - коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения, выбираемый по [4, табл. 2.4]; для винта из сплошного сечения и предварительно заданной допускаемой гибкости  = 80  = 0,63;  - отношение внутреннего диаметра полого сечения d0 к внешнему, которым является внутренний диаметр резьбы винта d3 ,  0;  - допускаемое напряжение; - предел текучести материала винта; S - коэффициент запаса прочности, S = 4.

Допускаемое напряжение

МПа.

Тогда

 мм. (1)

Условие устойчивости при гибкости  по методике Ясинского имеет вид

 ,

Откуда

 мм. (2)

Здесь ν - коэффициент приведения длины винта ([4, рис. 2.4]). Поскольку опоры скольжения при и опоры качения с одним подшипником эквивалентны шарнирной опоре, а гайки с опорой рассматривают как заделку, в нашем случае (рис. 2) принято ν = 0,7

 - свободная длина винта (из технического задания);

θ - коэффициент, зависящий от полноты сечения винта, θ =0,25

 - допускаемая гибкость,  = 80 (принимается такой же, как и в расчете на прочность с учетом устойчивости).

На износостойкость резьба скольжения рассчитана из условия ограничения удельного давления между витками резьбы винта и гайки , которое не должно превышать допускаемого , зависящего от материала винтовой пары и условий ее эксплуатации. Условие износостойкости

, (3)

Откуда

,

где  - средний диаметр витков резьбы; H1 - высота витка профиля резьбы;  - число витков резьбы;  - коэффициент высоты гайки  1,2 (рекомендуемое значение 1,2); - высота гайки;  -коэффициент высоты резьбы,  0,5; Р - шаг резьбы;  - допускаемое удельное давление, = 6 ([4, табл. 2.2]). Таким образом

 мм. (4)

По ГОСТ 10177-82 подобрана резьба с диаметрами d3 и  большими, чем рассчитанные по формулам (1), (2), (4). Параметры выбранной резьбы представлены в таблице, профиль - на рисунке.

1.3 Конструирование опорного узла

Для уменьшения потерь на трение между пятой вращающегося винта и неподвижной коронкой установлен стандартный упорный подшипник качения. Его размеры определены по условию С0Р < С0К, где С0Р - расчётная статическая грузоподъёмность, С0К - грузоподъёмность подшипника по каталогу [2].

Расчётная статическая грузоподъёмность

С0Р = [S]Fa = 1,2×10000 = 12000,

где [S ]- допускаемый коэффициент запаса, [S ] = 1,2 Fa - действующая на подшипник осевая сила, Fa = F.

Выбран подшипник 8204 ГОСТ 7872-89 со следующими параметрами: внутренний диаметр d = 20 мм, наружный диаметр D = 40 мм, высота Н = 14 мм, грузоподъёмность С0К = 15000 Н. Эскиз опорного узла представлен на рисунке .Момент трения в подшипнике

 Нмм,

где = 0,008 - приведенный коэффициент трения в упорном подшипнике

.4 Проверочные расчеты

Проверены условия самоторможения и прочности в опасном сечении.

Самоторможение в винтовой паре скольжения обеспечено, если

,

где - приведенный угол трения; - угол подъёма средней винтовой линии резьбы.

Угол подъёма средней винтовой линии резьбы

,

где n - количество заходов резьбы (принято n = 1).

Приведенный угол трения , где b - угол, образуемой рабочей поверхностью витка с плоскостью, нормальной к оси винта,
f = 0,07 - коэффициент трения стали по литой бронзе при скудной смазке.

Условие самоторможения выполняется: 1,7936 ° < 4,0096 °.

Моменты сил трения и полезного сопротивления в резьбе при прямом ходе

(Н×мм).

Величина  представляет собой полезное сопротивление, связанное с подъемом груза, а доля, определяемая величиной ,- сопротивление трения в резьбе.

Проверка винта на прочность выполнена в опасном сечении I-I (рис. 1).

Рис. 2. Эпюры сил и моментов вдоль оси винта

Поскольку в сечении действуют одновременно нормальные и касательные напряжения, приведенные напряжения вычисляются по третьей теории прочности:

,

где нормальные напряжения от сжатия

 МПа;

касательные напряжения от кручения

 МПа.

Тогда

 МПа.

Условие прочности выполняется.

2. Расчет гайки

.1 Проектировочный расчёт

Гайка представляет собой цилиндрическую втулку, запрессованную в корпус, изготовленный из БрАЖН10-4-4.

Предварительно (см. п. 1.1) коэффициент высоты гайки

был принят  1,2. Тогда высоты гайки

мм.  (5)

В то же время высота не может быть менее НГ = zP, где z - количество витков резьбы гайки, которое определено из условия ограничения удельного давления, поскольку износ является основной причиной выхода резьбы из строя.

Для расчёта z использовано условие износостойкости в виде (3)

,

Тогда

,

где Н1 = ψhР = 0,75· 3 = 2,25., =6

Количество витков z принято равным 8.

Таким образом, минимальная высота гайки

мм. (6)

Из двух значений, рассчитанных по (5) и (6), выбрано большее и округлено до ближайшего нормального значения по ГОСТ . Окончательно НГ = 36мм.

Тело гайки подвергается кручению и сжатию, поэтому наружный диаметр гайки D определён из условия прочности

,

где допускаемое напряжение сжатия для бронзы:

 (МПа).

Тогда

 (мм).

Толщина стенки гайки по расчету оказалась малой, поэтому наружный диаметр гайки назначен конструктивно, исходя из рекомендаций [4]:

DГ = D + (3…4)Р = 29 + 3,5· 3 = 39,5 (мм).

2.2 Проверочные расчеты

Кроме деформации смятия по рабочей поверхности, витки резьбы испытывают деформации изгиба и среза по корневому цилиндрическому сечению. В работе проверены витки гайки, поскольку она сделана из менее прочного материала, чем винт. При расчёте предполагалось, что осевое усилие распределяется по виткам равномерно и угол подъёма настолько мал, что изначальную винтовую линию резьбы можно заменить кольцом. Затем это кольцо условно разрезано и развёрнуто (рис. ).

Условие прочности витка на изгиб как консольной балки

,

где  - толщина ниток резьбы в корневом сечении, для упорной резьбы 0,74; допускаемые напряжения для бронзы

 (МПа).

Тогда

,

условие выполнено.

Условие прочности витков на срез

,

где  - допускаемые напряжения среза, МПа. Тогда ,

условие выполнено.

2.3 Расчет заплечика

Размер заплечика  определен из условия ограничения смятия гайки под действием силы F:

.

Допускаемые напряжения смятия для бронзы приняты равными

(МПа).

Тогда

(мм).

Расчётный размер заплечика оказался соизмерим с размером фаски на наружной поверхности гайки, поэтому он увеличен до 6 мм.

Высота заплечика h определена из условия изгиба его под действием силы F без учёта запрессовки и трения на поверхности гайки. При этом, как и при расчёте витка резьбы, изначальное кольцо разрезано и развёрнуто.Принято также, что сила приложена на максимальном удалении от опасного сечения, т.е. на краю отверстия.

Тогда условие прочности заплечика на изгиб как консольной балки

 ,

где допускаемые напряжения для материала корпуса,  = 630 МПа [1].

Отсюда

 (мм).

Принято h = 6 мм.

2.3 Расчет фиксирующего элемента

Гайка установлена в корпус по посадке с гарантированным натягом. Для уменьшения натяга и удержания гайки от проворота при работе механизма гайка в корпусе зафиксирована штифтом из 65Г (МПа).

Диаметр штифта d0 определён из условия прочности его на срез:

;  (мм).

Длина штифта, которой он входит в гайку, рассчитана по условию смятия боковой поверхности отверстия в гайке площадью  под действием момента винтовой пары

,

Откуда

мм.

К рассчитанной длине прибавлена толщина стенки корпуса 8мм и подобран штифт с ближайшими стандартными размерами: Штифт 4h9 х 10 ГОСТ 10774-80.

3. Расчет рукоятки

Для рукоятки выбран материал Сталь45

 МПа

Усилие на рукоятке Q, необходимое для привода механизма, принято равным 120Н. Длина рукоятки рассчитана из условия превышения движущего момента над моментами сопротивления:

 (мм).

Принято мм

Диаметр рукоятки определён из расчета ее на изгиб как консольной балки, условно заделанной по оси винта:

,  (мм).

Выбираем нормальный диаметр рукоятки  мм.

4. Расчет корпусов прессов

Корпус пресса выполнен литым из СЧ 35 ГОСТ 1412-85

Задаём двутавровое сечение в относительных единицах. Из приближённого расчета на изгиб

Определяем характерный размер h=h:

Расчет резьбы стойки ведут с учетом силы предварительной затяжки в такой последовательности:

. Определяем силу предварительной затяжки:

,

где:  сила, действующая на одну стойку, ;

 коэффициент запаса затяжки. При постоянной нагрузке принимают

.

− коэффициент основной нагрузки. Для стальных и чугунных деталей

без упругих подкладок .

. Определяем расчетное усилие с учетом кручения при затяжке:

Определяем геометрические характеристики двутаврового сечения:

5. КПД механизма

Коэффициент полезного действия винтовой пары скольжения определяется по формуле:

КПД механизма при преобразовании вращательного движения в поступательное определяется по формуле:

.

Заключение

пресс монтажный гайка

В данной работе был рассчитан и спроектирован пресс монтажный (винт, гайка, подшипник, элементы корпуса). Подобраны материалы деталей конструкции, а также проведены проверочные расчёты деталей на прочность. Закреплён и усвоен материал читаемого курса и приобретены первичные навыки конструкторского труда.

Коэффициент полезного действия винтовой пары равен 31%. Это значение не далеко от максимального значения КПД винтовой передачи, что указывает на то, что передача работает на незначительное трение.

Список используемой литературы

1.   Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.: ил.

2.      Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 3. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 864 с.: ил.

.        Проектирование механизмов с передачей винт-гайка / В.И. Назин. - Учеб. пособие. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2006. - 122 с.