Конструирование винтового механизма (стр. 4 из 5)

Произведем вычисления:

Данные для расчета
d	d1	d2	E1	E2	m1	m2
DГ	D4	DВТ
мм			МПа
50	33	90	2·105	1·105	0,3	0,34

Для наружного диаметра гайки назначается шлифование круглое чистовое (шероховатость Ra1 = 0,32 мкм). Для внутреннего диаметра втулки назначается растачивание чистовое (шероховатость Ra2 = 1,25 мкм).

U = 5,5 (0,32 мкм + 1,25 мкм) = 8,635 мкм » 9 мкм;

N = NР + U = 79 мкм + 9 мкм = 88 мкм.

Выбор посадки. Рекомендуемые посадки

Номинальный размер, мм		мкм
Номинальный размер, мм		H7	p6	r6	s6	u7
50		+25	+42	+50	+59	+95	ES(es)
50		0	+26	+34	+43	+70	EJ(ei)
Натяг	Nmax = es - EJ	-	42	50	59	95
Натяг	Nmin = ei - ES	-	1	9	18	45

Выберем посадку с натягом

по 7-му квалитету, т.к. она соответствует расчетной.

2.5 Расчет сварных швов соединения втулки и верхнего диска

Основными напряжениями являются касательные напряжения

Т.к. Wr1 < Wr2, шов 2 определяющий для расчета на срез.

Упрощенно можно считать, что

d = DВТ = 90 мм (см. п.1.2.3).

T = 109,2328 Н·м (см. п.1.2.4).

Материал втулки диска сталь 20 ([sР] = = 140 МПа), т.к. она хорошо сваривается.

Тип технологического процесса сварки: ручная дуговая электродами Э42 и Э50;

Определим катет:

Проверим шов 1:

где

D = DБ.ВТ = 100 мм,

Условие tСР1 £ [t’СР] выполняется.

Определим необходимость прерывистого шва. Длина окружности радиуса D / 2:

Т.к. разность

невелика (59,68 мм), то шов 1 нет смысла делать прерывистым, он выполняется сплошным, т.е. принимаем

2.6 Конструирование и расчет ограничительного устройства

Болт проверяется на растяжение

где FР – расчетная нагрузка на болт, kКР – коэффициент кручения, [sР] – допускаемое напряжение материала болта.

Расчетная нагрузка на болт FР определяется по формуле

FР = FЗАТ + c·F,

где FЗАТ – усилие затяжки, c – коэффициент внешней нагрузки, F – внешняя нагрузка.

Усилие затяжки FЗАТ определяется как

FЗАТ = kЗАТ·F,

здесь kЗАТ – коэффициент затяжки; по условию нераскрытия стыка при постоянной нагрузке kЗАТ = 1,25..2. Примем kЗАТ = 1,25.

Расчеты и испытания конструкций показывают, что коэффициент внешней нагрузки c невелик и не превышает обычно 0,2..0,3. Примем c = 0,2.

Максимальную нагрузку болтовое соединение испытывает, когда винт находится в крайнем верхнем положении и к рукоятке приложено расчетное усилие. Внешняя нагрузка F равна заданной FВ.

Коэффициент кручения kКР учитывает кручение в соединение, для метрической резьбы kКР = 1,3.

Допускаемое напряжение материала болта [sР] определим по формуле

где S - запас прочности; затяжка не контролируется – запас прочности S = 3..5. Примем S = 3.

Предел текучести определяем табличным методом: sТ = 360 МПа.

Произведем вычисления: kЗАТ = 1,25; F = FВ = 12 кН;

FЗАТ = kЗАТ·F = 1,25·12 кН = 15 кН;

c = 0,2

FР = FЗАТ + c·F = 15 кН + 0,2·12 кН = 17,4 кН;

По ГОСТ 24705-81 подбираем резьбу, пользуясь следующими соотношениями:

Крупный шаг предпочтителен, т.к. обеспечивает более эффективное самоторможение.

Выбранная резьба: М20.

Размеры на рисунке:

D1 = DГ – 2·0,5·tg 10° = 50 – 0,176 = 49,824 мм;

D2 = D4 + 2·3,5 = 33 + 7 = 40 мм;

Шайбу выбираем по ГОСТ 6958-68 (увеличенные шайбы). При выборе руководствуемся условием DШ > D2.

Диаметру стержня крепежной детали (болта) 20 мм соответствует DШ = 60 мм > 40 мм.

В технически обоснованных случаях допускается применение шайб с наружными диаметрами по ГОСТ – 6958-68 14, 22, 28, 34, 38, 45, 50 и 52 мм вместо 16, 24, 30, 36, 42, 48, 55 и 60 мм.

Применим шайбу (исполнение 2) с наружным диаметром 52 мм вместо 60 мм. В данном случае техническим обоснованием является снижение массы всего механизма.

Параметры шайбы:

DШ = 55 мм,

hШ = 5 мм,

с = 1,2 мм

Масса 0,0974 кг.

Параметры отверстия:

глубина завинчивания H = 20 мм;

глубина полной резьбы H1 = 25 мм;

глубина сверления H2 = 36 мм.

2.7 Расчет ножен на прочность и устойчивость

Каждая ножна нагружена изгибающим M и крутящим T моментами, сжимающей F и срезающей F’ силами (см. рис.).

Продольная сила F является результатом распределения усилия FВ по ножнам:

F = FВ / 3.

Поперечная сила F’ – результатом распределения крутящего момента T по ножнам

, T = 109,2328 Н·м (см. п.1.2.4).

Изгибающий момент M возникает в результате действия поперечной силы F’:

M = F’·hНОЖ.

Обозначим dНОЖ1 = dНОЖ2 = dНОЖ1,2.

Напряжения в опасных сечениях:

Расчетные формулы:

Допускаемые напряжения определяем табличным методом, принимая во внимание знакопеременность нагрузки при изгибе, кручении и срезе, и при сжатии нагрузка пульсирующая.

Материал ножен сталь 20.

Допускаемые напряжения:

[sИЗ] = 95 МПа, [sСЖ] = 115 МПа, [tКР] = 55 МПа, [tСР] = 45 МПа.

Зададимся значениями: hНОЖ = 240,6 мм (определяется прорисовкой), D = 140 мм (конструкторское решение). Произведем вычисления:

– изгиб

– сжатие

– кручение

– срез

В результате принимаем dНОЖ1,2 = 24 мм.

Примем dНОЖ = 30 мм.

Рассчитаем теперь сварные швы (см. рис.). Сварные швы 1 и 2 нагружены изгибающим крутящим моментами, сжимающей силой (см. рис). Напряжения см. в таблице.

Напряжение в шве от
крутящего момента		изгибающего момента
Шов	1			M = 0
	2		T = 0

Суммарное напряжение для каждого шва:

где [t’] – допускаемое напряжение материала шва.

Материал ножен и дисков (верхнего и нижнего) сталь 20 ([sР] = 140 МПа), т.к. она хорошо сваривается. Тип технологического процесса сварки: ручная дуговая электродами Э42 и Э50;