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

1. Исходные данные

2. Расчёт винта

3. Расчёт гайки

4. Расчёт рукоятки

5. Расчёт корпуса

6. 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 (_в=610 _т=360);

Для гайки: БроФ 10−1 ГОСТ 613–41 (_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;

— коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения, =0,9;

— 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

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 ГОСТ 613–41(_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 =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 23 360– — 78 по диаметру вала: 30 -38 — 10×8.

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:

2. 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:

5. 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: 36 206.

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:

.

6. 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 (_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 [_см] = 1 2 Н/мм².

Принимаем [_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.

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

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

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