1.3 Конструирование опорного узла
Для уменьшения потерь на трение между пятой вращающегося винта и неподвижной коронкой установлен стандартный упорный подшипник качения. Его размеры определены по условию С0Р < С0К, где С0Р расчётная статическая грузоподъёмность, Н, С0К грузоподъёмность подшипника по справочнику, Н [2].
Расчётная статическая грузоподъёмность:
С0Р = [S]Fa = 1.49500 = 13 300 Н, (5)
где [S] допускаемый коэффициент запаса, [S] = 1,2…1,5, Fa действующая на подшипник осевая сила, Н; Fa = F.
Выбран подшипник 8102 ГОСТ 7872-89 со следующими параметрами: внутренний диаметр d = 15 мм, наружный диаметр D = 28 мм, высота Н =9 мм, грузоподъёмность С0К = 14 000 Н. Эскиз опорного узла представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Опорный узел
Момент трения в подшипнике
Нмм,
где
=
0,005
приведенный коэффициент трения в упорном
подшипнике .
1.4 Проверочный расчет
Проверены условия самоторможения и прочности в опасном сечении.
Самоторможение в винтовой паре скольжения обеспечено, если:
, (6)
где
– приведенный угол трения;
– угол подъёма средней винтовой
линии резьбы.
Угол подъёма средней винтовой линии резьбы:
,
где n – количество заходов резьбы (принято n = 1).
Приведенный угол
трения:
,
где
угол, образуемый рабочей поверхностью
витка с плоскостью, нормальной к оси
винта, f =
0.12 коэффициент
трения стали по литой бронзе при скудной
смазке.
Условие самоторможения выполняется: 3.75 < 6.85 .
Моменты сил трения и полезного сопротивления в резьбе при прямом ходе:
Нмм
Величина
представляет собой полезное сопротивление,
связанное с подъемом груза, а доля,
определяемая величиной
,
сопротивление трения в резьбе.
Проверка винта на прочность выполнена в опасном сечении I-I (см. рис. 4).
Рис. 4 – Эпюра продольной силы и крутящего момента
Поскольку в сечении действуют одновременно нормальные и касательные напряжения, приведенные напряжения вычисляются по третьей теории прочности:
, (7)
где нормальные напряжения от сжатия
МПа;
касательные напряжения от кручения
МПа.
Тогда
МПа.
Условие прочности выполняется.
2 Расчет гайки
2.1 Проектировочный расчет
Гайка представляет собой цилиндрическую втулку (см. рис. 5), запрессованную в корпус, изготовленный из серого чугуна по ГОСТ 1412-82.
Рисунок 5 – Гайка
Предварительно
(см. п. 1.1) коэффициент высоты гайки
был принят
1.2. Тогда
высоты гайки:
мм.
(8)
В то же время высота не может быть менее НГ = zP, где z – количество витков резьбы гайки, которое определено из условия ограничения удельного давления, поскольку износ является основной причиной выхода резьбы из строя.
Для расчёта z использовано условие износостойкости в виде (3)
,
тогда
,
(9)
где Н1 = ψhР = 0,75· 5 = 3,75 mm.
Количество витков z принято равным 5.
Таким образом, минимальная высота гайки:
мм.
(10)
Из двух значений, рассчитанных по (5) и (6), выбрано большее и округлено до ближайшего значения из нормального ряда. Окончательно НГ =30 mm.
Тело гайки подвергается кручению и сжатию, поэтому наружный диаметр гайки D определён из условия прочности:
, (11)
где
допускаемое
напряжение сжатия для бронзы, МПа:
МПа.
Тогда
мм.
Если толщина стенки гайки оказалась слишком малой, тогда наружный диаметр гайки определяют конструктивно:
DГ = d + (2…4)Р = 28 +(2…4)· 5 = 38…48 мм.
С учётом приведения к размеру из нормального ряда и условия, что толщина гайки должна составлять не менее 6 мм, наружный диаметр принят равным 40 мм.