Проектировочный расчет винта
Содержание
Введение. 3
1. Формирование исходных данных. 4
2. Расчет винта. 5
2.1 Выбор материала. 5
2.2 Проектировочный расчет винта. 5
2.3 Проверочный расчет винта. 7
3. Расчет гайки. 8
3.1 Проектировочный расчет гайки. 8
3.2 Проверочный расчет гайки. 10
3.3 Расчет заплечика гайки. 11
3.4 Расчет крепления гайки в корпусе. 11
4. Расчет рукоятки. 12
5. Расчет корпуса домкрата. 13
6. Определение КПД механизма. 15
Заключение. 16
Введение
Передача винт-гайка широко применяется в общем машиностроении, авиационной технике, робототехнических системах и комплексах, других машинах и механизмах. Широкое применение этих передач обусловлено необходимостью преобразования вращательного движения в поступательное, а также возможностью получения больших осевых сил.
Выбор кинематической схемы механизма с грузовым винтом определяется главным образом требованиями компоновки и условиями его применения. Основным узлом в механизмах с грузовым винтом является передача винт-гайка, наибольшая простота и технологичность которой достигается в передачах скольжения. В передачах винт-гайка применяют в основном трапецеидальные и упорные резьбы. В силовых передачах при реверсивной нагрузке чаще всего применяют трапецеидальную резьбу. При нереверсивной нагрузке предпочтение отдается упорной резьбе, имеющей более высокий КПД благодаря меньшему профильному углу. Треугольную резьбу малого шага применяют для получения точных перемещений в механизмах, где вопросы КПД не являются актуальными.
Винтовые передачи, отличающиеся простотой конструкции и изготовления, применяются для поднятия тяжестей (домкраты), а также осуществления различных технологических процессов (винтовые прессы, гибочные прессы, винтовые съемники, ходовые винты станков и др.).
В данной работе спроектирован домкрат винтовой, рассчитаны винт, гайка, корпус винтовой передачи. Также проведены проверочные расчёты и подобраны стандартные детали.
Формирование исходных данных
| Вариант: | 03.07 |
| Действующая сила: | 
|
| Тип резьбы винта: | трапецеидальная ГОСТ 9484 |
| Высота максимальная | 
|
| Ход винта: | 
|
| Отношение внутреннего диаметра к внешнему: | 
|
Схема механизма приведена на рис. 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема домкрата винтового
Простейший винтовой домкрат (рис. 1.1) состоит из корпуса или станины 5, грузового винта 4, коронки (чашки, подушки, башмака, ложемента) 1 для опирания поднимаемого груза, гайки 3 и рукоятки 2 для вращения винта.
Расчет винта
Выбор материала
Материалом для винтов пары трения скольжения служат углеродистые стали обычного качества, качественные и легированные конструкционные стали.
Для винта материал: Сталь 45(улучшенная)ГОСТ 1050-74 со следующими механическими характеристиками: 
.
Материалом гаек винтовых пар, не испытывающих ударных нагрузок, для точных и ответственных механизмов выступают бронзы.
Для гайки материал: безоловянистая бронза БрАЖ9-4ГОСТ 499-79 со следующими механическими характеристиками: 
.
Проектировочный расчет винта
Во всех случаях винт работает на сжатие и кручение.
Винт должны одновременно удовлетворять условию прочности при продольном изгибе, условию допускаемой гибкости и условию износостойкости рабочих витков резьбы:
 ,
 ,
 .
| (2.1) |
Допускаемые напряжения для стальных винтов:
 ,
| (2.2) |
где 
– коэффициент запаса прочности для домкратов.
Находим диаметр винта по критериям, определяющим работоспособность передачи винт-гайка, исходя из следующих условий:
а. прочности на сжатия с учётом устойчивости;
б. допускаемой гибкости;
в. износостойкости рабочих поверхностей витков резьбы.
а. Условие прочности на сжатие с учётом устойчивости имеет вид:
 .
| (2.3) |
Откуда:
 ,
| (2.4) |
где 
– коэффициент, учитывающий скручивание тела винта моментом в опасном сечении;
– - коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения;
– отношение внутреннего диаметра к внешнему.
б. Условие по допускаемой гибкости имеет вид:
| (2.5) |
Откуда:
 ,
| (2.6) |
где 
– коэффициент приведения длины винта;
– свободная длина винта;
– коэффициент полноты сечения.
в. Условие на износостойкость рабочих поверхностей витков резьбы имеет вид:
| (2.7) |
Откуда:
 ,
| (2.8) |
где 
– коэффициент высоты гайки;
– коэффициент высоты резьбы;
– допускаемое удельное давление, зависящее от материалов трущейся пары.
Из условия прочности на сжатие с учетом кручения, находим 
:
По найденному значению диаметров подбираем параметры резьбы (табл. 2.1).
| Таблица 2.1 – Параметры резьбы | |||||||
| Шаг резьбы, мм | Угол | Резьба трапецеидальная ГОСТ 9484 (рис. 2.2) Диаметр резьбы, мм | |||||
| Винта | Винт и гайка | Гайка | |||||
| 
| Наружный
| Внутренний
| Средний
| Наружный
| Внутренний
| |
Рисунок 2.2 – Основной профиль трапецеидальной резьбы
Проверочный расчет винта
Проводим проверочный расчет на условие самоторможения и на прочность в опасном сечении.
а. Расчет на условие самоторможения
Для обеспечения самоторможения в винтовой паре скольжения необходимо выполнение следующего условия:
 ,
| (2.9) |
где 
– приведенный угол трения;
– угол подъема средней винтовой линии резьбы.
Угол подъема средней винтовой линии резьбы:
 ,
| (2.10) |
где 
– количество заходов резьбы;
– шаг резьбы.
Приведенный угол трения:
 ,
| (2.11) |
где 
– коэффициент трения стали по литой бронзе при скудной смазке;
– угол, образуемый рабочей поверхностью витка резьбы с плоскостью, нормальной к оси винта.
Условие самоторможения выполняется: 
.
б. Проверка винта на прочность в опасном сечении
Момент трения в пяте с упорным шариковым подшипником вычисляется по следующей формуле:
 ,
| (2.12) |
где 
– коэффициент трения в упорном подшипнике.
Момент сил трения и полезного сопротивления в резьбе при прямом ходе определяются по следующей формуле:
 ,
| (2.13) |
Выполняем проверку винта на прочность в опасном сечении С, первый виток на винте (рис. 2.3). Приведенные напряжения вычисляются по формуле:
 ,
| (2.14) |
где 
;
.
Определяем гибкость винта:
 .
| (2.15) |
Для Стали 45 при 
.
Подставим данные в 2.14:
 .
| (2.16) |
Условие прочности выполняется: 
.
Рисунок 2.3 – Эпюры сил и моментов вдоль оси винта
Расчет гайки