Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уральская государственная архитектурно-художественная академия

(ФГОУ ВПО УралГАХА)

факультет дизайна

кафедра индустриального дизайна

Е. С. Горонков

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИНТОВОГО ДОМКРАТА

(Учебное пособие для специальности 072500)

Екатеринбург

2012

1. Описание конструкции

Винтовой домкрат (рис. 1) представляет собой простейшее грузоподъемное устройство, предназначенное для подъема на малую высоту (не более 500-800 мм) груза значительного веса (до 10-15 тонн), и состоит из следующих деталей и узлов. Винт 2, имеющий головку с отверстием, в которое входит рукоятка 5, резьбовую часть, сопряженную с гайкой 3, и шпенек для фиксации чашки 1. Гайка 3 запрессовывается в горловину корпуса 4, который своим нижним фланцем опирается на грунт.

Операция подъема груза весом , осуществляется следующим образом. При вращении рукоятки 5( ) винт 2, вращаясь относительно неподвижной гайки 3, поднимается вверх и через чашку 1 преодолевает действие силы веса .

Усилие передается на верхнюю опорную поверхность чашки 1, которая своим нижним торцом опирается на головку винта. Далее, через сопряженную часть нарезки винта и гайки усилие передается на гайку 3, которая своим буртиком опирается на корпус 4. Таким образом, корпус воспринимает усилие и передает его через опорный фланец на грунт.

Рис.1 Винтовой домкрат

2. Исходные данные, цель и порядок расчета

В содержание технического проекта винтового домкрата входит его расчет с целью определения необходимых размеров всех деталей, а также выполнение сборочного чертежа.

Исходными данными для проектирования являются грузоподъемность , высота подъема , обеспечиваемая суммой (рис. 1) и тип резьбы.

Расчетом на прочность определяются размеры винта, гайки и рукоятки. Размеры остальных деталей определяются конструктивно (без расчета).

3. Расчет винта

Рис.2 Винт

Винт домкрата представляет собой цилиндрическую деталь (рис. 2), снабженную нарезкой. Головка винта имеет отверстие для рукоятки и шпенек для последующего (при сборке) удержания чашки. Между нарезанной частью и головкой предусматривается кольцевая проточка для выхода режущего инструмента при нарезании резьбы. В своей нижней части винт имеет устройство, предохраняющее от переподъёма.

Винт находится под силовым воздействием чашки (усилие ). Полагаем, что сила равномерно распределяется по окружности контакта, поэтому равнодействующая приложена по оси винта. Реактивное усилие на винт создается витками гайки ( ), оно равно по величине и противоположно по знаку. Таким образом, на участке винт подвержен осевому сжатию.

Винт может потерять прочность, если в опасном сечении на участке сжатия напряжения сжатия превысят допускаемые.

Поскольку осевая сила на участке сжатия постоянна, то положение опасного сечения, определяемого наибольшей величиной напряжений сжатия, находится на наименьшей величине площади поперечного сечения. Таким сечением является 1-1 (рис. 2), диаметр которого равен внутреннему диаметру резьбы.

Напряжения в сечении 1-1,

, (1)

не должны превосходить величину допускаемых напряжений. В этом и состоит условие прочности винта на осевое сжатие. Принимаем материал винта - углеродистая сталь обыкновенного качества марки . Допускаемое напряжение на сжатие находится опытно и составляет около . Преобразуем (1) к форме, удобной для проектного расчета:

Далее определяются параметры резьбы винта. Если задана прямоугольная резьба, то внутренний диаметр округляется (в большую сторону) до числа, делящегося без остатка на 4, а затем находится шаг резьбы Наружный диаметр резьбы . В случае, если задана трапецеидальная или упорная резьба (в отличие от прямоугольной, параметры этих резьб стандартизированы), то по справочным данным находят все параметры, то есть, шаг (ориентировочно ), внутренний и наружный диаметр. Принятый внутренний диаметр резьбы не должен быть меньше расчетного, найденного по формуле (1).

Проектируя домкрат, необходимо обеспечить самоторможение его винтовой пары:

где (2)

- угол подъема нарезки винта,

- угол трения в паре винт-гайка.

, где

- средний диаметр нарезки: ,

, где

- коэффициент трения для пары материалов винта и гайки.

В целях снижения принимаем материал гайки - бронза (например, Бр.0ЦС5-5-5). Для пары сталь-бронза ориентированное значение коэффициента трения можно принять .

В случае, когда условие (2) не удовлетворяется, необходимо уменьшить угол подъема за счет увеличения , и , не увеличив шаг .

Все остальные размеры винта определяются конструктивно (без расчета на прочность).