Расчет инерционно-ударного гайковерта

Расчет начинают с определения момента, необходимого для заворачивания гайки заданного размера (рис. 3. 3)

Тз = Тт ⁺ Тр, Н*м, (3. 1)

где Тт - момент сил трения на опорном торце гайки, Н*м; Тр – момент сил в резьбе, Н*м.

Тт = F*f*Dср/2, Н*м (3. 2)

Dср = (D1+dотв)/2, м (3. 3)

Здесь F - осевая сила, Н; f - коэффициент трения на торце гайки. При сухом трении сталь по стали f = 0, 15.

Момент сил в резьбе

Тр = 0,5*F*d2*tg(ψ+φ), Нм (3. 4)

где ψ = arctg(P/πd2) - угол подъема резьбы, град.; d2 = d - 0,54 Р - средний диаметр резьбы, d - наружный диаметр резьбы; Р - шаг резьбы; φ = arctg (fпр) - угол трения в резьбе, град; fпр - -приведенный коэффициент

Рис.3.3. К расчету сил в резьбе

трения. Для крепежных резьб fпр = 0, 174, тогда φ = 9, 9 град.

После подстановок и преобразований

(3. 5)

Момент при отворачивании гайки будет несколько меньше:

Поэтому в расчетах используют формулу (3. 5).

Осевую силу F рассчитывают исходя из условия проч­ности резьбы по направлениям среза. Сильнее нагружена резьба винта, так как диаметр впадин винта меньше диаметра впадин гайки.

(3. 6)

где [τ] = 0, 6 [σ_т] - допускаемые касательные напряжения среза, Н/м2; Н = 0,8*d1 - высота гайки, м; d1 = d – 1,08*P - диаметр впадин резьбы винта, к; К = 0, 87 - коэффициент полноты треугольной резьбы; Км= 0, 6 - коэффициент неравномерности нагрузки по винтам резьбы. Для большинства сталей [σ_т] = (250... 400)*10^-6 Н/м2.

Следующим этапом является расчет диаметра вала ключа. В общем случае, с учетом коэффициента запаса

(3. 7)

где Wo - момент сопротивления вала; [τ]=50*10⁶ Н/м2 - допускаемые касательные напряжения; Wo= 0,2*d_в³. Тогда из (3. 7)

Следующий шаг - расчет кулачковой сцепной полумуфты (рис. 3. 4). Полностью расчет муфты приводится в специальной литературе. В нашем случае можно воспользоваться рекомендациями по выбору основных размеров муфты в зависимости от диаметра вала dв.

dвн = dвн+ 10 мм

Рис. 3.4. К расчету кулачковой муфты

Рис.3.5. Основные размеры маховика:

а) сплошного

б) кольцевого

Dн = 2*dв

Высота зубьев муфты h и их ширина α выбираются из табл. 3. 1.

Таблица 3. 1

Размера зубьев муфты

Частота вращения маховика определяется наибольшей частотой вращения, при которой допускается включение муфты на ходу,

(3. 8)

где V ⁼ 0,8 м/с - допускаемая окружная скорость; - средний диаметр кулачков.

Угловая скорость вращения маховика

(3. 9)

Момент инерции маховика

где ε - угловое ускорение (замедление) маховика.

Угловое ускорение

(3. 11)

где φ - угол поворота маховика в процессе передачи момента на ключ гайковерта. Приближенно φ можно определить из утла закручивания вала ключа

φ = φ_в*к, рад где К = 10... 15 (3. 12)

Угол закручивания вала ключа

(3. 13)

где l ≈ 20*d - длина вала ключа; G = 8 * 10¹⁰ Н/м2 - модуль сдвига стали; - полярный момент инерции се­чения вала.

Определив ε и J, задаются конфигурацией маховика (рас. 3. 5), его размерами и исходя из этого, находят его массу. Для сплошного маховика

m=2J/r² (3.14)

Для маховика в виде кольца

m=2J/(r₂²- r₁²), (3.15)

т-2Э/(г1~2?), ^. ^(ЗЛ5)

Зная массу маховика и его радиус, можно найти ширину маховика h.

Для сплошного маховика

(3.16)

Для маховика в виде кольца

(3.17)

где γ - плотность материала маховика, кг/м3.

Мощность электродвигателя определяется из условия достаточно интенсивного разгона маховика, ротора электродвигателя и преодоления потерь на трение в ременной пе­редаче и подшипниках.

Энергия вращения маховика

(3. 18)

Мощность, необходимая для разгона

Np=Wвр/Δt, Вт (3. 19)

где Δt = 0, 1... 0, 2 с - время разгона.

Так как в массовой справочной литературе момент инерции ротора электродвигателя не приводится, а пренебрегать им нельзя, берут коэффициент запаса Кз = 2... 3. В конеч­ном итоге

, Вт, (3.20)

где η_р = 0, 96... 0, 98 - КПД ременной передачи; η_п = 0, 99 -кпд подшипника; Z - число подшипников.

На этом расчет гайковерта инерционно-ударного действия считают законченным. При детальном проектировании, кроме того, рассчитывают ременную передачу, подбирают подшипники.