4.1. Алгоритм разработки конструкции.
4.1.1. Четко сформулировать, что требуется сделать с помощью заданной конструкции.
4.1.2. Разработать (придумать) структурную схему механизма, позволяющего выполнить поставленную задачу.
4.1.3. Выполнить анализ разработанной схемы с целью установить:
• какие детали подвижны, а какие нет и где происходит их контакт, т.е. где возникают сопротивления движению;
• какие нагрузки и где действуют на элементы механизма в различных эксплутационных ситуациях;
• какую форму должны иметь элементы для успешного выполнения механизмом поставленной задачи;
• какие напряжения возникают в элементах механизма под действием нагрузок в различных эксплуатационных ситуациях.
4.1.4. Выбрать материал для изготовления деталей механизма и определить допускаемые напряжения для прочностных расчетов.
4.1.5. Выполнить расчеты основных параметров деталей механизма и сделать их эскизы, назначив размеры остальных элементов деталей в зависимости от полученных основных параметров.
4.1.6. Выполнить сборочный чертеж механизма.
Примечание:
Обычно, предварительно намеченная конструкция детали, уточняется в процессе выполнения сборочного чертежа и наоборот, сборочный чертеж может корректироваться в результате деталировки.
4.2. Составление и анализ структурной схемы механизма.
В случае, когда конструкция не типовая нужно составить (придумать) принципиальную схему механизма, позволяющего выполнить поставленную задачу.
В данном случае в качестве заданий выбраны типовые конструкции, поэтому структурные схемы составляются по ним.
В качестве примера представлены схемы винтового домкрата (рис. 4.1.а) и съёмника для втулок (рис. 4.2.) и приведен анализ схемы винтового домкрата.
Пример. Анализ структурной схемы задания «Домкрат».
Критерии работоспособности винта (Рис. 4.1а ).
Рабочий, прикладывая к рукоятке 5 усилие Р раб на расстоянии l от оси вращения, заставляет винт 1 вращаться в неподвижной гайке 2 и, преодолевая действие веса Q груза 6, поднимать его. Таким образом, гайка 2 относительно корпуса 3 неподвижна, винт 1 относительно гайки 2 – подвижен.
Рис. 4.1
В резьбе на длине свинчивания lсв винта 1 и гайки 2, витки резьбы винта давят на витки резьбы гайки (рис. 4.1.б) суммарным усилием Q и, т.к. винт вращается, на поверхностях стыка витков возникает момент сил сопротивления движению Тр.
Рис. 4.2.
Чашка домкрата 4, на которой лежит груз 6, относительно груза неподвижна. Но, так как винт 1 вращается, в плоскости стыка «а-а» чашки 4 и головки винта действует момент сил трения Топ, препятствующий движению.
Через чашку 4 на головку винта 1 по плоскости контакта «а-а» передается вес Q груза 6. С другой стороны, винт 1 опирается своими витками на длине свинчивания на витки резьбы гайки (рис. 4.1.б.). Так как каждому действию есть равное и противоположно направленное противодействие, в витках резьбы гайки 2 возникает опорная реакция Q',
направленная вверх и действующая на винт (рис. 4.1.в). Поэтому участок винта между чашкой 4 и гайкой 2 сжат. Эпюра сжимающих сил Q приведена на рис. 4.1.в.
Для того, чтобы вращать винт, поднимая груз, нужно преодолеть трение на опоре Топ (плоскость «а-а») и сопротивление в резьбе Тр. С этой целью рабочий с помощью рукоятки создает момент
Траб = Рраб · l ≥ Топ + Тр
Получается, что винт нагружен, кроме сжатия, крутящим моментом Т оп на участке между плоскостями «а-а» и «d-d» и Тр на участке между плоскостями «d-d» и «m-m» (рис. 4.1.в).
Осевая сила, сжимающая винт, уменьшается по мере увеличения числа витков резьбы гайки, на которые он опирается. Поэтому на эпюре Q (рис. 4.1.в) усилие, сжимающее винт, уменьшается на длине свинчивания lсв от максимума до нуля. Момент сопротивления в резьбе, зависящий от этого усилия, также уменьшается от максимума в плоскости «k-k» до нуля в плоскости «m-m». Таким образом винт работает на сжатие с кручением.
Кроме того, т. к. винт-стержень, сжимаемый продольной силой, нужно проверить возможность потери им устойчивости при подъеме груза на заданную высоту.
Анализ нагруженности других деталей механизма приведен в соответствующих разделах руководства.