Методичка по теме "Винтовые передачи"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫЙ ТЕХНИКУМ»

(ГБПОУ «НАТТ»)

Методическая разработка

к практическому занятию по учебной дисциплине

ОП.02 ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

по теме:

Изучение конструкции и выполнение расчета элементов съемника

Специальность: 23.02.07 Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей

форма обучения – очная 

НИЖНИЙ НОВГОРОД

2021

Разработчик: Катина Е.И., преподаватель ГБПОУ «НАТТ»

рассмотРЕНо И одобрено

На заседании предметной (цикловой) комиссии

Протокол от «17» февраля2021г. № 6

Председатель

______________  / Н.Г. Хлонина /                                 

        (подпись)                        

Методическая разработка к практическому занятию предназначена для преподавателей и обучающихся спец.23.02.07 Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей.

Групповое интегрированное практическое занятие  «Изучение конструкции и выполнение расчета элементов съемника»    имеет практико-ориентированную направленность и   способствует формированию у обучающихся общих и профессиональных компетенций в соответствии с требованиями  ФГОС СПО, развитию познавательной деятельности, умению применять полученные знания на практике. 

Целью практической работы является:

- получение практических навыков в инженерных расчетах элементов технологического оборудования на примере расчета элементов съемника;

- выработка умения и навыков самостоятельной работы с литературой, умения пользоваться государственными стандартами, нормами, правилами, справочными материалами и т.д.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение

2.Теоретические основы для выполнения практической работы

3.Вопросы для самопроверки

4.Условия выполнения практического задания

5.Бланк отчета

6.Приложения

1.ВВЕДЕНИЕ

         При ремонте, техническом обслуживании, диагностировании, хранении и утилизации автотранспортных средств используется специальное оборудование, разработанное для конкретных технологических операций.

Кроме дорогостоящего технологического оборудования на СТО ремонт автомобилей производится с помощью универсального инструмента и приспособлений, особенно это актуально для небольших мастерских автосервиса. К такому оборудованию можно отнести съемники и другие приспособления для сборки-разборки соединений с натягом

         Съемник -  это специализированное приспособление, применяемое в процессе разборки узлов автомобиля при его ремонте. В коробке перемены передач, в редукторах задних мостов и в подвеске автомобиля имеются детали, соединенные с натягом. Для разборки таких соединений необходимо приложить усилие, превышающее силу трения междусоединенными поверхностями. Оборудованием, позволяющим механизировать разборку таких сопряжений и облегчить труд ремонтных рабочих, служат различные конструкции съемников.

По принципу действия съемники бывают рычажного и винтового типа.

В рычажных съемниках основным элементов конструкции является рычаг первого или второго рода, позволяющий при соответствующем отношении плеч увеличить силу тяги в несколько раз.

Такие съемники весьма просты по конструкции, но создают сравнительно небольшие усилия, которых в ряде случаев может оказаться недостаточно для выпрессовки детали, поэтому рычажные съемники не нашли широкого распространения.

Винтовые съемники очень удобны в применении, компактны и создают усилия, достаточные для разъединения деталей, соединенных прессованием, таких как вал – подшипник, вал – шестерня и т.п.

Винтовые съемники имеют множество разнообразных конструкций.

Основной деталью такого съемника является силовой винт 1 (рис.1), ввернутый в траверсу 2, которая тем или иным способом связана с демонтируемой деталью. При ввертывании винт упирается в торец другой детали, в данном случае - вала, и перемещает траверсу съемника, стягивая одну деталь с другой.

Назначение силового механизма съемника (лап или винта) - преодолевать усилие трения, возникающее между снимаемой деталью и элементом, на котором она установлена.

1-    силовой винт

2 - траверса

                                                Рис.1

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Винтовая передача. Общие сведения

Винтовая передача состоит из винта и гайки, служит для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает по­ступательное перемещение винта или вращение закрепленного от осе­вых перемещений винта приводит к поступательному перемещению гайки.

Передачи винт — гайка делят на передачи скольжения и качения. В передачах скольжения используют резьбы различного профиля. В передачах качения между витками винта и гайки разме­щены тела качения — шарики

Достоинства передачи скольжения:

 1. Большой выиг­рыш в силе.

2. Возможность получения медленного перемещения с вы­сокой точностью.

3. Плавность и бесшумность.

4. Простота конструк­ции и изготовления.

5. Малые габариты.

Недостатки: 

1.Повышенные потери на трение.

 2.Изнашивание.

 3.Низкий КПД.

Применение

Передачи винт-гайка широко применяют:

для создания больших осевых сил (прессы, разрывные машины, домкраты, тиски и т. п.);

для точных перемещений (механизмы подачи в станках, установоч­ные и регулировочные устройства в приборах, в механизмах управле­ния и др.).

Разновидности винтов передачи

В зависимости от назначения пере­дачи винты бывают:

1)      грузовые, применяемые для создания больших осевых сил. При знакопеременной нагрузке имеют трапецеидальную резьбу, при боль­шой односторонней нагрузке ‒ упорную. Гайки грузовых винтов цель­ные             (рис. 2, а). В домкратах (рис. 3) для большего выигрыша в си­ле и обеспечения самоторможения применяют однозаходную резьбу с малым углом подъема.

Рис. 2. Гайки передачи винт-гайка

1—набор металлических прокладок; 

2 — устройство для выбора осевого зазора в передаче.                Рис. 3

2)      ходовые, применяемые для перемещений в ме­ханизмах подачи. Для снижения потерь на трение применяют преимущественно трапецеидальную многозаходную резьбу. Для устранения «мертвого» хода вследствие износа резьбы гайки ходовых винтов выполняют разъемными (рис. 2, б);

Однако необходимо отметить, что в винтовых приспособлениях допускается применение винтов с метрической резьбой. Внутренний диаметр резьбы при этом не превышает, как правило, 20 мм. Более толстые винты рекомендуется изготавливать с упорной, трапецеидальной или прямоугольной резьбами.

3)установочные, применяемые для точных пе­ремещений и регулировок. Имеют метрическую резь­бу. Для обеспечения безлюфтовой передачи гайки делают сдвоенными (рис. 2, в).

Материалы винта и гайки

Материалы должны представлять собой антифрикционную пару, т. е. быть износо­стойкими и иметь малый коэффициент трения. Вы­бор марки материала зависит от назначения переда­чи, условий работы и способа обработки резьбы. Для винтов применяют стали марок 45, 50, 40ХГ, У10 и др. В ответственных передачах для повыше­ния износостойкости применяют закалку винтов до твердости >45 HRC с последующей шлифовкой резьбы.

Гайки ответственных передач изготовляют из оловянных бронз марок БрО10Ф1, БрОбЦбСЗ и др., а в тихоходных передачах — из анти­фрикционных чугунов марок АВЧ-1, АКЧ-1 или серого чугуна марки СЧ20.

Расчет передачи

Силовые зависимости в передаче винт — гайка сколь­жения такие же, как в крепежной резьбе. Основной причиной отказа винтов и гаек является изнашивание их резьбы. 

Выполняют следующие расчеты:

1. Расчет на износостойкость резьбы по допускаемому давлению [р_изн].

При проектном расчете из условия износостойкости определяют размер резьбы.

2.Проверка винта на прочность.

3.Проверка устойчивости длинных сжатых винтов, что также может быть причиной выхода из строя передачи.

Расчет передачи на износостойкость (основной критерий работоспо­собности) ведут из условия невыдавливания смазочного материала,

предполагая, что вследствие приработки нагрузка по виткам резьбы распределяется равномерно.

При выполнении расчетов винтовой передачи проверяют соблюдение условия самоторможения в резьбе.

Самотормозящаяся резьба - это такая, в которой гайка удерживается под нагрузкой за счет сил трения.

Если  угол подъема резьбы Y меньше приведенного угла трения ΄, то резьба является самотормозящей:    < ΄

Y  =   arctg (р/πd₂); ΄ = arctg (f / cosα΄);

 - угол наклона боковой стороны профиля резьбы;

d₂ – средний диаметр резьбы.

Расчет на износостойкость

Условие износостойкости р_изн ≤ [р_изн], т.е. удельное давление в витках резьбы не должно превышать допускаемого.

 р_изн =

F- внешняя осевая сила;

z– число витков в гайке;

z =  , где  h – высота гайки, р – шаг резьбы.

А – площадь рабочей поверхности витка;

А = πd₂zH₁

Н _{1   =}   0,541р  - рабочая высота профиля резьбы;

d₂ – средний диаметр резьбы.

[р_изн] – допускаемое удельное давление в резьбе зависит от материалов винта и гайки.

Расчет винта на прочность

Винт съемника работает на сжатие с кручением. Определяют опасные сечения винта и проверяют их на прочность по эквивалентному напряжению по теории энергии формоизменения по условию     σ_Е  ≤  [σ]   

σ_Е =   =

N – продольная сила в сечении;

Т_к – крутящий момент;

d₁ – внутренний диаметр резьбы.

[σ] - допускаемые  напряжения для материала винта и гайки

      [σ] =     σ_т – предел текучести

 [s] =3  коэффициент запаса прочности.

Проверка устойчивости винта

Как показывает практика, винты съемников обычно являются винтами малой гибкости, у которых    λ   λ₀  .

λ – гибкость винта;  

λ₀ – гибкость, при которой критическое напряжение в поперечном сечении винта равно пределу текучести σ_т. 

   Порядок расчета:

Определяют момент инерции винта

J = (πd/64)(0,375 + 0,625d/d₁)

Радиус инерции сечения винта

i = (2/d₁)

Расчетная длина винта            l = l₀ + h/2                                                          

Гибкость винта                      

λ = μl/i, 

где μ - коэффициент приведения длины, принимают в зависимости от способа закрепления винта.

Если     λ   λ₀  , винт - малой гибкости и  специальный расчет на устойчивость не нужен.

Для винтов большой гибкости расчет ведут по формуле Эйлера.

3.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Каковы достоинства передачи винт-гайка? Где ее применяют?

2. Какие резьбы применяют в винтовых механизмах?

3.В чем заключается условие самоторможения в резьбе?

4.Какие материалы применяют в винтовой паре?

5. На что рассчитывают винтовую передачу?

6. Что является основной причиной выхода из строя винтов и гаек передачи?

7. От чего зависит удельное давление в резьбе при расчете на износостойкость?

8. Какие виды нагружения возникают в винте съемника?

9. Какой вывод можно сделать, если в расчете на устойчивость  λ   λ₀  ?

4.УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.Путем измерений резьбы модели съемника устанавливают вид резьбы и ее параметры: шаг p инаружный диаметр d. Пользуясь Приложением 2,находят внутренний диаметр резьбы d₁ и средний диаметр d₂ .

2.Измеряют диаметр пяты винта d_п , высоту гайки (траверсы)  h, рабочий  ход   винта  l₀ .

3.Выполняют расчеты:

- резьбы винта на износостойкость;

- винта на прочность при сжатии с кручением;

-  винта на устойчивость;

Расчет оформляют в соответствии с бланком отчета.

Значения силыF и материалы пары принимают по варианту задания.

         Варианты заданий для расчета передачи винт-гайка скольжения

Вариант	F , кН	материал винта	материал гайки
1	5,0	Сталь 45	Бронза Бр010Ф1
2	2,0	Сталь 35	Чугун АЧК-1
3	1,25	Сталь 40ХГ	Чугун АЧВ-1
4	1,5	Сталь 40ХГ	Бронза Бр010Ф1
5	7,5	Сталь 35	Бронза Бр010Ф1
6	2,5	Сталь 45	Чугун СЧ20
7	5,0	Сталь 50	Чугун СЧ20
8	3,0	Сталь 50	Бронза Бр010Ф1
9	4,0	Сталь 40ХГ	Чугун АЧК-2
0	7,0	Сталь 50	Чугун СЧ25

5.БЛАНК ОТЧЕТА

Практическая работа «Изучение конструкции и выполнение расчета элементов съемника»

Цель работы: Изучить конструкцию механического съемника. Изучить методику расчета основных параметров съемника:

- резьбы винта на износостойкость;

- винта на прочность при сжатии с кручением;

-  винта на устойчивость.

Оборудование:

- модель съемника

-штангенциркуль

-резьбомер.

На эскизе съемника (рис.1)обозначьте позиции:

1 – винтРис.1

2 – траверса                                                                                 

3 – лапки

4 – рукоятка                                                                                                           

5 - ось

Тип резьбы:метрическая

 Шаг  p =           мм                               измерить, согласовать с ПРИЛОЖЕНИЕМ А

Обозначение резьбы съемника: ________________

Наружный диаметр d =         мм        измерить

Внутренний диаметр           d₁ =        мм        (см. ПРИЛОЖЕНИЕ Б)

Средний диаметр                 d₂ =       мм          (см. ПРИЛОЖЕНИЕ Б)

Высота гайки (траверсы)    h =          мм  измерить

Рабочий  ход   винта  l_{0    =}           мм            измерить

Принять по варианту задания:

Материал винта: ______________________________

Материал траверсы (гайки):_____________________

Внешняя  нагрузка F =        кН.

1. Проверка условия износостойкости винтовой пары

      Допускаемое удельное давление в резьбе для винтовой пары сталь – сталь

  принимаем   [p_изн.] =                      (см. ПРИЛОЖЕНИЕ В).

Рабочая высота профиля резьбы Н_{1   =}   0,541р  =

Число витков гайки   Z =     =                                

Удельное давление в резьбе                                     

р _изн =

т.к.  р_изн< [р_изн], условие износостойкости винтовой пары ________________________.

2.  Проверочный расчет винта на прочность

Проверяем условие самоторможения в резьбе

 Угол подъема резьбы

Y=   arctg = 

Приведенный угол трения  

΄ = arctg (f / cosα΄) =                                                 

где  f – коэффициент трения  (для трения сталь по стали, всухую,                  

f = 0,15÷ 0,18),   принимаем  f = 0,15;  

= 30˚ - угол наклона боковой стороны профиля метрической резьбы.

Т.к. <, передача винт-гайка данного съемника является __________________________.

Момент в резьбе

T= Ftg ( +΄) =.

При снятии детали винт упирается в вал пятой, диаметр которой  d_п =12 мм.

Момент трения на торце пяты

Т_тр = Ffd_п / 4 =                                                             

Опасным сечением винта может быть сечение А – А, или сечение Б – Б. Делаем проверку для того и другого сечения.

Сечение  А – А

N= 0    Т_к  =  Т +  Т_тр  

Эквивалентное напряжение

σ_E ==      

Т.к.     σ_Е<  [σ],   условие прочности _____________________________________.

Рис.2. Эпюры продольных сил N и крутящих моментов Т_к

Допускаемые напряжения для материала винта и материала гайки

[/ [s] =                                                  

 σ_т – предел текучести  материала винта

σ_т =             МПа (см. ПРИЛОЖЕНИЕ Г).

[s] =3  коэффициент запаса прочности.

Сечение  Б – Б

N = F,       Т_к = Т_тр.

σ_Е   =  =                                           

σ_Е <[   -  условие прочности _______________________________.

3. Проверочный расчёт винта на устойчивость

Момент инерции винта

J = (πd/64)(0,375 + 0,625d/d₁) =                                              

Радиус инерции сечения винта

i = (2/d₁)   =                                                         

Расчетная длина винта            l = l₀ + h/2 =                                                         

 Гибкость винта                       λ = μl/i =                                                           

где μ – коэффициент приведения длины.

Т.к. один конец винта заделан,  а другой закреплен шарнирно, примем    μ =                             (см. ПРИЛОЖЕНИЕ  Д).

 λ₀ – гибкость, при которой критическое напряжение в поперечном сечении винта равно пределу текучести σ_т.  Для Стали 45   λ₀ =  60.

Т. к.    λ   λ₀ , винт - малой гибкости, для которого σ_кр = σ_т =             МПа, т. е. специальный расчет на устойчивость не нужен.

Работу выполнил _________________________

                                             (Ф.И.О.)               

Группа ____________________

 Дата  «____» ___________________ 202__ г.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Резьба метрическая. Диаметры и шаги.

                                                                                                ПРИЛОЖЕНИЕ Б

                                                          ПРИЛОЖЕНИЕ В

 Допускаемое давление в резьбе для пары винт-гайка

Материал	[р] МПа
Сталь по чугуну	5-6
Сталь по антифрикционному   чугуну	10-13
Сталь по стали	7-13
Сталь по бронзе	7-13

                                                                             ПРИЛОЖЕНИЕ Г

 Механические характеристики сталей

                                                                                         ПРИЛОЖЕНИЕ Д

 Коэффициент приведения длины для различных       способов закрепления стержней

а) жестко с одной стороны; б) шарнирно – шарнирно; в) жестко – шарнирно; г) жестко – жестко.

                              

ЛИТЕРАТУРА

1.     Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. – М.: Инновационное машиностроение, 2015 (не переиздавался).

2.     Бабичева И.В. Техническая механика. – М., Русайнс (ЭБС).

3.     Сербин Е.П. Техническая механика. – М.. КноРус (ЭБС).

4.     Черноброва О.Г. Техническая механика. – М., КноРус (ЭБС).