Омскийгосударственный технический университет
Кафедра «Деталимашин»
Пояснительнаязаписка.
Разработкавинтового механизма
Студент Группа
Руководитель проекта
2005 г.
1. Расчет винтовой пары
1.1 Выбор расчетной нагрузки
На резьбовую пару винтовых механизмов нагрузкаприкладывается центрально, следовательно расчетная нагрузка FВ равна полезнойнагрузке F:
FВ = 12 кН.
1.2 Материалы и допускаемые напряжения винта и гайки
Для изготовления деталей резьбовой пары применяютантифрикционные материалы с целью снижения потерь на трение. При этом винтвыполняют всегда из сталей 35, 45, 40Х или Ст. 4, Ст. 5, Ст. б в улучшенном(закалка с высоким отпуском) или нормализованном состояниях.
Для изготовления гаек в виде вкладышей используют бронзыоловянистые и безоловянистые марок Бр. А9-Ж4; Бр. 010-Ф1; Бр. Об-Ц6-С3 и др., атакже серые чугуны марок СЧ15; СЧ20 и др. В зажимных механизмах гайки выполняютиз мягких сталей Ст. 2, Ст. 3, сталей 15, 20, 25.
Допускаемые напряжения [s] для винтов, стальных и чугунных гаек выбираютдифференциальным способом.
/>
где sпр- предельное напряжение материала, n — допускаемое значение коэффициента запасапрочности. Рекомендуют следующие допускаемые напряжения для бронзовых гаек: [tср] = 30 МПа; [sр] = 40 – 45 МПа; [sиз] = 45 – 50 МПа; [sсм] = 60 МПа.
Выполним расчет для винта, изготовленного из стали 45, игайки, выполненной из бронзы марки Бр. 010-Ф1.
Допускаемые напряжения винта:
объемная закалка, HB 335 — 490, [sВ] = 1000 МПа; [sТ] = 750 МПа; [s-1] = 430 МПа.
Допускаемые напряжения гайки:
[tср]= 30 МПа; [sр] = 42,5МПа; [sиз] = 47,5 МПа;[sсм] = 60 МПа.
1.3 Выбор типа резьбы
Свойства резьбы определяются относительной толщиной виткау основания ya= a / p,относительной высотой витка yh=h / p и рабочим углом g.Для каждого типа резьбы эти параметры постоянны. Параметр ya, определяет прочностьвитков резьбы на изгиб и срез; yh- характеризует стойкость витков резьбы на износ, а параметр у обусловливаетКПД винтовой пары.
Применение каждого типа резьбы определяется соответствиемее параметров ya, yh, g предъявляемым к механизму требованиям.
Трапецеидальная резьба (см. рис. ниже) – основной типрезьбы для винтовых механизмов, широко применяется благодаря универсальностисвойств. Прочность (ya= 0,67), стойкость на износ (yh= 0,5) и КПД (g = 15°) удовлетворительные.Технологичность трапецеидальной резьбы хорошая, так как ее можно нарезатьинструментом любого типа. Резьба стандартизирована, ее параметры определеныГОСТ 9484-81.
Упорная резьба наиболее приспособлена к работе в условияхбольшого трения и износа. Превосходит трапецеидальную резьбу по стойкости наизнос (yh = 0,75) иКПД (g = 3°). Прочность витков (ya = 0,7), а технологичностьупорной и трапецеидальной резьб примерно одинаковы. Упорная резьбастандартизована, ее размеры даются в ГОСТ 10177-82. Из-за несимметричностипрофиля упорная резьба может применяться только в нереверсивных механизмах, т.е. в таких, где рабочая нагрузка имеет одно направление.
/>
Ленточная (прямоугольная) резьба по свойствам близка ктрапецеидальной резьбе. Размеры резьбы не стандартизованы. Резьбу делаютквадратной ya = yh = 0,5. Шаг и диаметрырезьбы удобно назначать по стандарту на трапецеидальную резьбу. Уступая попрочности трапецеидальной резьбе, ленточная резьба превосходит ее по КПД (g = 0°).
Технологичность ленточной резьбы невысока, т.к. ее можнонарезать только резцом. Однако винтовые механизмы с ленточной резьбойобеспечивают наибольшую точность перемещений. Поэтому ее применяют для ходовыхвинтов особо точных механизмов подач.
Метрическая резьба — основной тип резьбы для болтовыхсоединений, обладает высокой прочностью (ya = 0,875), удовлетворительной стойкостью на износ (yh = 0,54) и низким КПД (g = 0°), технологичность ее — отличная.
В винтовых механизмах применение метрической резьбыограничивается зажимными приспособлениями, где по условиям самоторможениявыгодно иметь большое трение. Для уменьшения износа применяется резьба только скрупным шагом. Резьба стандартизована, ее размеры даются в ГОСТ 24705-81.
Сопоставив параметры и технологичность тех или иныхрезьб, остановим выбор на трапецеидальной резьбе: ya = 0,67, yh = 0,5, g = 15°.
1.4 Расчёт резьбовой пары на износ
Износостойкость резьбы является основным критерием,определяющим работоспособность винтовой пары. Поэтому размеры резьбы находят изее расчета на износ по удельной нагрузке, которую принимают равномернораспределенной по виткам гайки. Таким образом, удельная нагрузка (см. рис.):
/>
/>
где FВ – нагрузка на винт, Н; z – число витков гайки; АУСЛ– условная площадь витка, мм, q – допустимая из условия износа удельнаянагрузка на виток, МПа.
Выразив z и АУСЛ через шаг резьбы р, относительную высотугайки как yH = H / d2 иотносительную высоту витка yh= h / p (h — расчетная высота витка), получим
/>
Откуда средний диаметр резьбы
/>
а высота гайки
/>
Рекомендуется принимать yH = 1,2 – 2,5.
Значения, близкие к верхнему пределу, следует применятькогда винт работает только на растяжение.
Относительную высоту гайки yH примем равной 1,3, т.к. винт работает нарастяжение и на сжатие.
Рекомендуемая удельная нагрузка [q], МПа и коэффициентытрения f в винтовой паре даны в таблице.