Расчеты конструктору

Рассчитаем гайку высотой Hg = 192 мм ( восемь витков ).. Nv = 8…

Расчет на срез витков гайки ( винт более прочный ).

Длина развертки восьми витков винта по наружному диаметру:

Lv = ( sqrt( ( Dn * Pii ) * ( Dn * Pii ) + ( P * P ) )) * Nv;

Lv = ( sqrt( ( 120 * Pii ) * ( 120 * Pii ) + ( 24 * 24 ) )) * 8 = 3022 мм…

Толщина витка гайки в месте среза ( для трапецеидальной резьбы ):

Hv = ( P / 2 ) + (( tg ( Ua )) * ( P / 4 ))*2;

Hv = 12 + (( tg ( 15 )) * 6)*2; Hv = 15,2154 мм

Площадь среза восьми витков:

Sv = Lv * Hv; Sv = 3022 * 15,2154 = 45980,9 кв.мм.

Напряжение среза:

Bsg = Fg / Sv; Bsg = 1000000 / 45980,9 = 21,75 H / кв.мм….

Расчет витков гайки на изгиб:

Рассчитываем как консольную балку жестко заделанную в стену.

Высота сечения витка: Hvi = 15,75 мм. ( по прорисовке )..

Длина сечения витка: Lv = 3022 мм. ( из предыдущего расчета )..

Момент сопротивления изгибу сечения:

Hvi=15,75 мм. Взято по прорисовке профиля резьбы.

Wv = Lv * Hvi * Hvi / 6; Wv = 3022 * 15,75 * 15,75 / 6;

Wv = 124940,8 куб.мм.

Плечо изгибающего момента Lp = 7 мм. ( по прорисовке )..

Изгибающий момент: Mv = Fg * Lp; Mv = 1000000 * 7; Mv = 7000000 Н*мм.

Напряжение изгиба: Bvi = Mv / Wv; Bvi = 7000000 / 124940,8; Bvi = 56,03 Н / кв.мм.

Площадь контакта витков гайки с винтом:

Svk = Nv * Pii * (( Dn *Dn ) – (( Dn – P ) * ( Dn – P ))) / 4;

Svk = 8 * Pii * ( (120 * 120 ) – (( 120 – 24 ) * ( 120 – 24 ))) / 4; Svk = 32572,03 кв.мм.

Удельное давление на виток:

Ufv = Fg / Svk; Ufv = 1000000 / 32572,03; Ufv = 30,7 H / кв.мм.

Примечание: Имеем чертежи давно и успешно работающего винтового пресса с усилием на винт 100 Тс.

Чертежи № 211 и № 609 смотри по ссылке ##

Ссылка Studenty.zip : https://disk.yandex.ru/d/orKSVHysYSMK0Q

Studenty.zip : CRC 32 = 77d05e10… Объем -= 77,916,434....

……..

Ссылка Студенту.zip : https://disk.yandex.ru/d/Rbo3M49TP3xMdg

Студенту.zip: CRC 32 = E76A2853… Объем -= 152458350…

…..

Выполняем перерасчет: Наружный диаметр винта = 135 мм. Внутр. диам. гайки = 111 мм.

Шаг ленточной резьбы = 25 мм. толщина витка 12,5 мм. Гайка имеет 12 раб.витков. Бронза.

Длина развертки двенадцати витков гайки по среднему диаметру контакта = 123мм.:

Lv = ( sqrt( ( Dn * Pii ) * ( Dn * Pii ) + ( P * P ) )) * Nv;

Lv = ( sqrt( ( 123 * Pii ) * ( 123 * Pii ) + ( 25 * 25 ) )) * 12 = 4646 мм…

Ширина пояска контакта: Lkk=( 135-111)/2.. Lkk= 12 мм.

Площадь контакта: Skk=Lv*Lkk.. Skk=4646*12.. Skk=55752 кв.мм.

Удельное давление на виток:

Всж= Fg / Skk; Всж= 1000000 / 55752; Всж= 17,94 H / кв.мм.

Как видим, на работающем прессе, напряжения взяты в расчет меньше в 1,7 раза.

Конструктивно там винт не вращается – вращается гайка с опорой на упорный шариковый подшипник.

К резьбе гайки и к опорному подшипнику подведена циркуляционная смазка.

В результате потери на трение существенно снижены.

Примечание: Параметры антифрикционной литой бронзы ГОСТ 613-79.

марки БрО5Ц5С5 – Врем.сопрот.=176,2 МПа ( 18 кгс/кв.мм.).

марки БрО10Ц2 – Врем.сопрот.=225,5 МПа ( 23 кгс/кв.мм.).

Бронза значительно мягче стали ( модуль упругости меньше ). Сталь Е=210000.. Бронза Е=100000 МПа…

Бронза хорошо прирабатывается к профилю винта, поэтому распределение нагрузки

по виткам резьбы более равномерное, чем у стальной гайки.

Смотрим таблицу допускаемых напряжений в резьбе по Д.Ф. Гуревичу..

Примечание:

Для треугольной резьбы с углом профиля 60 град… ГОСТ 9150-2002.

Hmr=0,866025403*P.. Высота треугольника построения профиля.

Ds=(Dn+Hmr/4)-Hmr.. Средний диаметр резьбы.

DVG=(Dn+Hmr/4)-(1,5*Hmr).. Отверстие гайки.

DVR=Dn-(1,22687*P).. Внутренний диаметр резьбы винта.

Hv=0,8695*P.. Расчетная высота сечения витка гайки на изгиб.

Lp=0,2706*P.. Плечо изгиб момента для витка гайки.

Hvs=0,86*P.. Расчетная высота сечения витка гайки на срез.

Для винта с трапецеидальной резьбой – с углом 30 градусов..

DVG=Dn-P.. # Отверстие гайки ГОСТ 9484-91.

Ds=(DVG+Dn)/2.. # Средний диаметр резьбы.

Расчетная высота сечения витка гайки на изгиб:

.x=tan(Ua)..

Hv=(P/2)+(((Ds-DVR)/2)*x)..

Lp=(Ds-DVR)/2.. # Плечо изгиб момента для витка гайки.

Расчетная высота сечения витка гайки на срез:

Hvs=(P/2)-(((Ds-DVR)/2)*x)..

Для винта с упорной резьбой : с углом 30 + 3 градусов ГОСТ 10177-82 :

Hmr=1,587911*P.. Высота треугольника построения профиля.

Ds=Dn-0,75*P.. Средний диаметр резьбы.

DVG=Dn-1,5*P.. Отверстие гайки.

DVR=Dn-1,7184*P.. Внутренний диаметр резьбы винта.

Hv=0,7362*P.. Расчетная высота сечения витка гайки на изгиб.

Lp=0,375*P.. Плечо изгиб момента для витка гайки.

Hvs=0,7362*P.. Расчетная высота сечения витка гайки на срез.

Справочные данные:

Коэф. полезного действия винтовой пары:

MV = tan ( Ur ) / ( tan ( Ur + Up ));

MV = tan (4,04610810 ) / ( tan ( 4,0461081 + 7,665145 ));

MV = 0,34123…

Резьбы:

Резьба метрическая ГОСТы 8724-2002; 9150-2002; 24705-2002…

Угол профиля = 60 градус… Угол Ua = 30..

…. …..

Резьба трапецеидальная ГОСТ 9484-81.

Угол профиля = 30 град. .. Угол Ua = 15..

…. ….

Резьба упорная ГОСТ 10177-82.

Угол профиля = 30 + 3 град. .. Угол Ua = 3 градуса…

…. ….

Резьба упорная усиленная ГОСТ 13535-87.

Угол профиля = 45 + 3 град. .. Угол Ua = 3 град…

……

Таблица Rv-01.

Таблица Ку – коэффициента уменьшения допускаемых напряжений в зависимости от гибкости элемента.

Напряжения плоского кривого бруса при изгибе.

Таблица Skb-01.

Нормальное напряжение в сечении на радиусе Rх :

Bн = M * ( Rx – Ro ) / ( F * c * Rx )…

Где :

М – изгибающий момент в сечении.

F – площадь сечения.

.с – смещение нейтральной оси бруса от оси центра тяжести сечения.

Rх – радиус на котором определяем напряжение.

Rо – радиус нейтрального слоя.

.c = R – Ro ;

Радиус нейтрального слоя R0 определяется :

………

Для поперечного сечения бруса в виде прямоугольника :

Ro = R * ( 1 – ((( h / R ) *( h / R )) / 12))…

Где :

R – радиус слоя проходящего по центру тяжести сечения.

.h – высота сечения.

……..

Для поперечного сечения бруса в виде круга :

R = ( Dn + Dv ) / 2 ; .c = R – Ro ;

R – радиус слоя проходящего по центру тяжести сечения.

Dn – Наружный диаметр тора.

Dv – Внутренний диаметр тора .

Радиус нейтрального слоя R0 определяется :

Ro = ( R + (sqrt(( R * R ) – ( d * d / 4 )))) / 2…

Где :

R – радиус слоя проходящего по центру тяжести сечения.

.d – диаметр сечения.

……….

Овальное звено типа ОВ1-10.

Исходные :

Радиус внутренней части тора Rвн = 70 мм.

Диаметр сечения прутка тора d = 50 мм.

Растояние между центрами L = 90 мм.

Усилие на серьгу F = 98066,5 H.

Предел прочности материала Bv = 410 МПа.

Напряжение текучести материала Bt = 270 МПа.

Расчет :

Расчет:

Сечение прутка: d = 50 мм.

S = Pii* d * d /4… S = 1963,4954 кв.мм.

Момент инерции сечения по оси Х-Х:

J = Pii* d * d * d * d /64… J = 306796,158 …

Сопротивление изгибу:

W = Pii* d * d * d /32… W = 12271,8463 куб.мм…

Напряжение на прямых участках прутка серьги:

Bp= F / ( 2*S )… Bp = 24,972 H / кв.мм.

Запас прочности от предела прочности:

K = Bv / Bp … K = 410 / 24,972 = 16,4 > [ 5 ] ..

Прочность достаточна.

Расчет криволинейного участка:

Радиус среднего слоя: Rc = 95 мм.

Максимальный момент:

Mm = F * Rc * ((L / 2 ) + Rc ) / ( L + ( Pii * Rc ))…

Mm = 98066,5 * 95 * ( 45 + 95 ) / ( 90 + ( Pii * 95 )) …

Mm = 3357652,41 Н * мм.

Предельный момент:

Mp = Bv * W…

Mp = 410 * 12271,8463 …. Mp = 5031457 Н * мм.

Запас прочности по предельному моменту:

K = Mp / Mm… K = 5031457 / 3357652,41… K = 1,4985 > [ 1,25 ]..

Прочность достаточна.

Напряжение изгиба для внутреннего ( сжатого ) волокна:

Biv = ( Mm * ( d/2 ) / J ) * ( Rc / ( Rc – ( d / 2 ))…

Biv = ( 3357652,41 * 25 / 306796,158 ) * ( 95 / ( 95 -25 )) … Biv = 371,323 H / кв.мм.

Находим коэф. Хх:

Xx = Rc /( Rc – ( d /2 ))… Xx = 95 /( 95 – 25 )… Xx = 1,35714…

По графику находим коэф. Yx = 2,221…

( Кривой брус прочней прямого бруса )…

Коэф. запаса: K = Bt * Yx / Biv … К = 270 * 2,221 / 371,32 = 1,615 > [ 1,25 ].

Прочность достаточна.

Напряжение изгиба для наружного ( растянутого внешнего) волокна:

Bin = ( Mm * ( d/2 ) * Rc / J )* ( Rc + ( d/2 ))…

Bin = ( 3357652,41 * 25 /306796,158 ) * ( 95 / ( 95 + 25))…

Bin = 216,606 H / кв.мм.

Находим коэф. Хх:

Xx = Rc /( Rc + ( d /2 ))… Xx = 95 /( 95 + 25 )… Xx = 0,79167…

По графику находим коэф. Yx = 1,2675… (Skb-02.).

Коэф. запаса: K = Bt * Yx / Bin … К = 270 * 1,2675 / 216,606 = 1,58 > [ 1,25 ]..

Прочность достаточна…

Развернутая длина звена:

Lr = ( 2 * Pii * Rc ) + ( 2 * L )… Lr = 776,9 мм.

Масса звена:

Qm = 7,85 * S * Lr / 1000000; … Qm = 11,98 кг…

График Skb-02.

Контрольный пересчет звена по РД 10-33-93.

Торообразный элемент звена ОВ1-10 .

Исходные :

Радиус внутренней части тора Rвн = 70 мм.

Диаметр сечения тора d = 50 мм.

Усилие на серьгу F = 98066,5 H.

Предел прочности материала Bv = 410 МПа.

Напряжение текучести материала Bt = 270 МПа.

Расчет :

Расчет криволинейного участка: ( смотри расчет серьги ).

Момент сопротивления Ф 50 мм.

W = 12271,846 куб.мм..

Площадь сечения S = 1963,4954 кв.мм .

Средний радиус тора R = 95 мм.

Коэф. Хx – для работы с таблицей :

Xx = R / ( R + ( Dps / 2 ))… Хx = 0,791667;

Коэф. Yx – определяем интерполяцией.

Yx = 1,35714 ; График Skb-02. Табл. Skb-03.

( Xx и Yx смотри таблицу в расчете серьги ).

Предельный изгибающий момент:

МПР = Bt * W * Yx … МПР = 4496745 Н*мм.

Максимальный изгибающий момент:

ММ = Mm = 0,318 * F * R… ММ = 2962589 Н*мм.

Коэф. запаса по изгибающему моменту.

K = МПР / Mm = 1,518 ; Достаточно прочно.

Минимальный допустимый коэф. запаса = 1,25 ;.

Исходные данные :

Прямой участок элемента звена ОВ1-10 .

Диаметр сечения = 50 мм.

Усилие на одну ветвь = 49033,25 Н.

Расчет :

Площадь сечения одной ветви S = 1963,4954 кв.мм.

Напряжение растяжения = 24,9724 МПа.

Коэф. запаса по растяжению от пред.проч. = 16,41813 ;

Минимальный допустимый коэф. запаса = 5,00 ;

Расчет серьги.

Исходные данные:

Q = 20 kH.

Lxs= 80 мм.

Dps= 24 мм.

Lxp= 60 мм.

Dxp= 40 мм.

Dpp= 30 мм.

Sxp= 30 мм.

Cpp= 120 мм.

Металл серьги:

Сталь 20 ГОСТ 1050-88…

Вt = 240 H/кв.мм.

Bv = 410 H/кв.мм.

Металл пальца:

Сталь 45 ГОСТ 1050-88.

Вtp = 360 H/кв.мм.

Bvp = 610 H/кв.мм.

Расчет:

Сечение прутка: Dps = 24 мм.

S = Pii* Dps* Dps/4… S = 452,3893 кв.мм.

Сопротивление изгибу:

W = Pii* Dps* Dps* Dps /32… W = 1357,168 куб.мм.

Напряжение на прямых участках прутка серьги:

BR = Q / ( 2*S )… BR = 22,105 H / кв.мм.

Запас прочности от предела прочности:

K = Bv / BR … K = 410 / 22,105 = 18,5 > [ 5 ]..

Прочность достаточна.

Рассчет криволинейного участка:

Радиус среднего слоя:

Rc = ( Lxp+Dps )/ 2… Rc = 52 мм…

Коэффициент Хх:

Xx = R / ( R + ( Dps / 2 ))… Xx = 0,8125…

Таблица по графику ( для круглого сечения Таб. 02 ).

Таб. Skb-03.

..

Линейной интерполяцией находим по формуле:

Yx = (( Y2 – Y1) * ( Xx – X1 ) / ( X2 – X1 )) + Y1…

Находим: Yx = 1,303…

Предельный изгибающий момент для кривого бруса:

Mp = Bt * W * Yx … Mp = 240 * 1357,168 * 1,303…

Mp = 424413,58 Н*мм..

Максимальный изгибающий момент как для части тора:

Mm = 0,318 * Q * Rc… Mm = 0,318 * 20000 * 52 … Mm = 330720 Н*мм..

Коэффициент запаса: K = Mp / Mm… K = 1,283 > [ 1,25 ] …

Прочность достаточна…

Палец серьги на изгиб:

F = Q = 20000 H…

L = Lxp + Sxp.. L = 90 мм.

М изг = L * F / 4… М изг = 450000 Н * мм…

Сопротивление изгибу:

Wip = Pii* Dpp* Dpp* Dpp /32… Wip = 2650,719 куб.мм.

Напряжение изгиба пальца:

Bip = М изг /Wip… Bip = 169,765 Н / кв.мм.

Коэф. запаса от Bt : K = Btp / Bip… K = 360 / 169,765 …

K= 2,12 > [ 1,25 ] … Прочность достаточна…

Расчет проушины на разрыв:

Сечение разрыва:

Su = 2* Sxp * ( Dxp – Dpp ) … Su = 600 кв.мм.

Напряжение разрыва:

BRP = Q / Su … BRP = 33,33 Н / кв.мм.

Коэф. запаса прочности от Bv:

K = Bv / BRP … K = 12,3 > [ 5 ] …

Прочность достаточна..

Расчет проушины на смятие: Dpp = 30.

Ssm = 2* Dpp * Sxp… Ssm = 2 * 30 * 30…

Ssm = 1800 кв.мм.

Напряжение смятия: Bsm = Q / Ssm …

Bsm = 11,11 Н / кв.мм.

Коэф.запаса от предела текучести :

K = Bt / Bsm.. K = 21,6 …

Прочность достаточна..

Расчет клещевого захвата.

( разработка автора ).

Выбор материала.

Определение допускаемых напряжений. Смотри РД 10-33-93 Стр. 6.. ## Ссылка:

По рекомендациям пункт 2.3.3 Ударная вязкость металла деталей клещей при температуре минус 40 С. должна быть не менее 30 Дж / кв.см. По требованию заказчика проектируются клещи минимального веса. Поэтому для деталей клещей выбираем сталь 38 ХГН ГОСТ 4543-71.

с закалкой с 850 С. в масло и отпуском с 600 С. С контролем механических характеристик

после термообработки на образце – спутнике. Сталь 38 ХГН ГОСТ 4543-71 после термообработки

имеет предел текучести не менее 660 Н / кв.мм. Предел прочности не менее 950 Н / кв.мм.

и ударную вязкость при температуре минус 40 С. более 80 Дж / кв.см.

Для Стали 38 ХГН ГОСТ 4543-71 допустимое касательное напряжение не более 369 Н / кв.мм.

Для планок, по технологическим соображениям, выбираем сталь 09Г2С – ГОСТ 19281-2014.

с нормализацией. Учитывается возможность работы клещей при температуре до минус 40 С.

В общем виде клещей указываем рабочую температуру от плюс 200 до минус 40 градусов С.

Нестандартные элементы грузозахватных приспособлений рассчитываются на напряжения растяжения

и изгиба с обеспечением запасов прочности, как на грузоподъемном крюке, не менее:

При расчете рабочей части крюка – запас прочности должен быть не менее одной целой и двух десятых – от предела текучести. При расчете ветвей головки крюка с проушиной на растяжение – запас прочности должен быть не менее одной целой и пяти десятых – от предела текучести.

пункт 2.1.6.

При расчете петель стропов: Прямолинейные участки рассчитываются на растяжение -

запас прочности должен быть не менее пяти – от предела прочности. пункт 2.1.7.

Криволинейные участки ( с учетом кривизны ) – запас прочности для внутренней стороны сечения должен быть не менее одной целой и одной десятой – от предела текучести. – На внешней стороне запас прочности должен быть не менее одной целой и трех десятых – от предела прочности. пункт 2.1.7.

При расчете канатов и цепей на действие номинальной нагрузки запас прочности по отношению к разрушающей нагрузке указанной в сертификате должен быть не менее пяти.. пункт 2.1.5. Для каната запас прочности не менее шести – по отношении к разрушающей нагрузке согласно сертификата.

Коэффициент надежности удержания груза как отношение закрывающего клещи момента

к моменту размыкания под весом груза должен быть не менее одной целой и двадцати пяти сотых .

Примечание: При расчете овального звена, серьги и клещей ссылки на нормы прочности по

« Руководящие материалы РД 10 – 33 – 93 .. Москва НПО ОБТ 2000 г. ».

Геометрический расчет.

Рабочий профиль схвата клещей очерчен внутренней и внешней кривыми, построенными по координатам

из приведенной таблицы координат.

Концы схвата оканчиваются бобышками в виде дисков. Бобышки позволяют точно рассчитать положение центра тяжести захваченной круглой штанги. Точное положение центра тяжести захваченной штанги максимального диаметра обусловлено тремя точками контакта с поверхностью штанги.

Две точки обеспечивают бобышки и одна точка – на окружности центра клешней.

При захвате заготовки диаметром меньше максимального – положение заготовки зафиксировано четырьмя точками контакта с рычагами захвата, а именно: по две верхние точки на внутренней поверхности сопряжения нижней части рычага захвата и по две нижние точки контакта с бобышками на нижних концах рычагов. Все точки контакта расположены симметрично, относительно оси отвеса.

Точное положение центра тяжести штанги позволяет точно определить моменты и силы, действующие на детали клешней при захвате штанги.

Как показала практика: Износ клещевин происходит по поверхности бобышек. Поверхность бобышек навариваем износостойким покрытием с большой шероховатостью поверхности. Такая обработка позволяет надежно удерживать клещами даже квадратные заготовки. Квадратные ( прямоугольные ) заготовки имеют контакт с клещами по поверхности бобышек ( сила сжатия проходит через центр бобышек ) и это позволяет точно рассчитать усилия и моменты на деталях захвата. Практика показала, что прокат прямоугольного сечения не более наибольшего диаметра заготовки захватываемой клещами – удерживается надежно.

Исходные данные для геометрического расчета:

.d = 250мм – Наибольший диаметр заготовки захватываемой клещами.

.dc = 70 мм – Диаметр центра клещевины.

.db = 30 мм. – Диаметр бобышки.

.dp = 26 мм. – Диаметр центрального пальца.

Q = 10000 – Усилие от веса заготовки в Ньютонах.

Ur= 146 – Угол развала в градусах.

Lk = 244 мм – Длина губки схвата от центра бобышки до центра клещевины.