МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. Н.Е. ЖУКОВСКОГО
«ХАРЬКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ»
Пояснительная записка к домашнему заданию №1
по курсу «Конструирование машин и механизмов».
Подъемник шасси самолетный
Выполнил:
ст. группы 232аКошкина Н.В.
Консультант:
ПрофессорДоценко В.Н.
Харьков 2009
Содержание
Введение
1. Расчёт винта
2. Расчёт гайки
3. Расчёт подшипника
4. Расчёт цапфы
5.КПД механизма
6. Расчёт корпуса подъемника
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом обеспечивается выигрыш в силе. Такие передачи широко используются в авиационной технике: в домкратах, съёмниках, подъёмниках шасси и др.
К преимуществам такой передачи можно отнести:
1) большую несущую способность при малых габаритах;
2) возможность достижения высокой точности перемещения;
3) простоту конструкции и изготовления.
Недостатком является низкий КПД таких передач.
В данной работе спроектирован подъемник шасси. Рассчитаны винт, гайка, корпус винтовой передачи.
Также проведены проверочные расчёты и подобраны стандартные детали.
Исходные данные
- Действующая сила F(Н) 24000;
- Тип резьбы ГОСТ 10177-62 (упорная );
- Размер Hmax(мм): 1600;
- Ход винта h(мм): 0,3Hmax=480;
Рис. 1. Схема механизма
По той причине, что данный механизм испытывает большие нагрузки и является очень ответственным, то материалом для винта назначено сталь, а для гайки оловянистую бронзу.
Для винта:
Сталь 45 ГОСТ 1050 – 74 (sв=750 МПа sт=450МПа);
Для гайки:
БрОЦ 4 –3 ГОСТ 613 – 41 (sв=250 МПа);
1. 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:
Наибольшая допускаемая гибкость для грузовых винтов . Назначим коэффициент запаса S=4. Допускаемые напряжения для стальных винтов определяются по формуле:
Находим диаметр винта по критериям, определяющим работоспособность передачи винт-гайка, исходя из 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:
где: k – коэффициент, учитывающий скручивание тела винта моментом в опасном сечении (принимаем k=1,3);
j - коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения (j=0,5);
a - отношение внутреннего диаметра d0 к внешнему d1 (a=0,7).
б) Условие по допускаемой гибкости имеет вид:
где: - коэффициент приведённой длины винта ();
q - коэффициент полноты сечения (q=0,305);
l - свободная длина винта ();
в) Износостойкость рабочих поверхностей витков резьбы.
где: d2 – средний диаметр резьбы винта;
– коэффициент высоты гайки ();
Н – высота гайки;
- коэффициент высоты резьбы (h – высота профиля резьбы, Р – шаг резьбы) для упорной резьбы ;
– допускаемое удельное давление;
По наибольшему диаметру (вычисленному с учетом устойчивости) подбираем резьбу.
Таблица 1. Параметры резьбы
| Шаг резьбы, мм p | Резьба упорная ГОСТ 10177 – 62 (рис 2.1). Диаметр резьбы, мм |
|||
| винта и гайки | винта | гайки | ||
наружный d |
средний d2 |
внутренний d1 |
внутренний |
|
| 8 | 50 | 36,116 | 44 | 38 |
Проводим проверочные расчёты на условие самоторможения и на прочность в опасном сечении.
Расчёт на условие самоторможение.
Угол подъёма средней винтовой линии резьбы:
где: n– количество заходов резьбы (принимаем );
P – шаг резьбы;
d2 – средний диаметр резьбы.
Приведенный угол трения:
Условие самоторможения выполняется.
Дальше выполняем проверку винта на прочность в опасном сечении:
Напряжение сжатия определим из следующей формулы:
Условие прочности выполняется.
Определение КПД винтовой пары
Коэффициент полезного действия винтовой пары скольжения определяется по формуле:
2
. Расчет гайки
Гайки изготавливаются из материалов, имеющих в паре со стальным винтом низкий коэффициент трения и высокую 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
Конструкция гайки
При расчёте резьбы гаек принимается допущение, 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.). Назначим допускаемое удельное давление [ р ] =500Па/см
Определим число витков гайки по формуле:
Принимаем z=4.
Определим высоту гайки по следующей формуле
44=61,6(мм)
Принимаем большее значение: Н=62мм.
Тело гайки подвергается кручению и сжатию. Наружный диаметр тела гайки D определяется из условия прочности:
винт подъемник шасси гайка
где: k –коэффициент, учитывающий скручивание тела гайки, k=1,3 ;
[s] - допускаемое напряжение сжатия или растяжения ; [s]=250 МПа;
Толщина стенки гайки по условию прочности оказалась малой, наружный диаметр гайки назначаем конструктивно:
.
Проведем проверку гайки на прочность
Допускаемые напряжения примем равными:
а) Проверка на срез
Уравнение прочности витка на срез при нагрузке, приходящейся на один виток, имеет вид:
где: h0 – ширина витка в корневом сечении резьбы:
б) Проверка на смятие:
где: h1 – высота витка в среднем сечении:
в) Проверка на изгиб:
где: р – равномерно распределенная нагрузка
Все условия выполняются
.
Размер заплечика определяем из условия смятия материала гайки под действием силы F по уравнению:
отсюда получаем:
где:
Из конструктивных соображений принимаем D=4 мм.
Высоту заплечика h определяется из условия изгиба под действием нагрузки F, без учёта запрессовки и трения на поверхности гайки, по уравнению:
Принимаем h = 8 мм.
Соединение гайки с корпусом имеет следующий вид (рис. 2.2).
рис. 2.1
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 гайки выполним из условия смятия по поверхности
где: длина штифта выбрана с конструктивных соображений
Расчет стакана выполним из условия смятия по поверхности
где: длина штифта в стакане.
Условие выполняется
.
Принимаем: Штифт
4
16
ГОСТ 3128-70.
3.
Расчет подшипников
Размер шарикового подшипника с двигательным приводом рассчитывается из расчета статической грузоподьемности по формуле:
где :n – коэффициент запаса (n=1,3);
Подбираем размеры подшипника из [1]:
d=35 мм; D=72м м; B=17мм; r=1,5мм;
Момент трения в стандартном радиально-упорном шарикоподшипнике равен:
где: средний диаметр круга качения шариков, мм;
коэфициент трения качения;
диаметр шарика, мм;
внутренний диаметр кольца подшипника, мм;
приведеный коефициент трения.
Из конструктивных соображений берём два подшипника
46114 ГОСТ 831-75.
4. Расчет цапфы
Диаметр цапфы определяется из условия прочности на срез:
Материал цапфы – Сталь 45 улутшение:
где:
Принимаем диаметр цапфы равным 12 мм.
Конструктивно длину цапфы принимаем: L=25.
5. Определение КПД механизма
Коэффициент полезного действия механизма определяется
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.
6. Расчет корпуса подъемника
В основном осевая нагрузка идет на болты. Она пытается вырвать их, оторвать крышку. Поэтому необходимо рассчитать болты на прочность и подобрать их размеры по ГОСТу.
1. Подбираем материал болта: сталь 45.
Характеристики:
Так как в крышке находиться 6 болтов, то внешняя нагрузка на один болт равна:
2. Суммарное усилие в болте после приложения внешней нагрузки определяем по зависимости:
где: - коэффициент надежности стыка (при переменных нагрузках );
- коэффициент основной нагрузки, среднее значение которого для соединений металлических деталей равно 0,1…0,3;
3. Назначаем коэффициент запаса прочности болта и определяем допускаемое напряжение (рекомендуемые значения ):
4. Определяем внутренний диаметр резьбы, принятый в качестве расчетного диаметра болта:
где : коэффициент, учитывающий скручивание тела болта моментом винтовой пары.
5. По ГОСТ 8724-81 подбираем резьбу: По ГОСТ 7808-70 подбираем болт: размер под ключ высота головки
Корпус подъемника рассчитывается на сжатие от силы F и от действия момента винтовой пары
где:
Проушина рассчитывается на сжатие от силы F и от действия момента винтовой пары
где:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе был проведён расчёт и спроектирована конструкция подъёмника шасси самолета по предлагаемой схеме и заданным параметрам. В ходе выполнения домашнего задания были приобретены навыки конструирования винтовых передач, изучен и закреплён материал читаемого курса КММ, а также получены первичные навыки конструкторского труда.
Был спроектирован механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное. Коэффициент полезного действия этого механизма равен 41%, что является характерным КПД для конструкций данного класса.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3-х т.М.: Машиностроение, 1979. Т. 1, 2.
2. Ефоян А.С., Дорофеев В.Г. Проектирование винтовых механизмов авиационных устройств и роботов: Харьков, Харьк. авиац. ин-т, 1989.
3. Муравьева А.М., Яковлев Ю.В. Методические указания к выполнению домашнего задания по винтовым устройствам: Харьков, Харьк. авиац. ин-т, 1981.
4. Яковлев Ю.В. Расчет и проектирование устройств с винтовой передачей. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию.Харьков, Харьк. авиац. ин-т, 1978.