і забезпечення високої точності переміщень. Широке поширення гвинтової передачі обумовлено відносною простотою у виготовленні і дешевизною її елементів при високій несучій здатності і компактності.
У цій статті буде розглянута методика розрахунку силових ручних механізмів на основі передачі гвинт-гайка (прес, домкрат, слюсарні лещата, струбцина, і так далі), і запропонована автоматизація цього розрахунку в програмі Excel.
Виконаємо розрахунок гвинтової передачі на прикладі домкрата.
Домкрат, зображений нижче на малюнку, повинен піднімати вантаж масою півтори тонни.
Вибираємо тип різьблення в поле зі списком, розташованому
в об'єднаних комірках C4, D4, E4: трапецеїдальних
Для обраного типу різьблення програма вибирає з «Бази даних для розрахунку» і записує з осередку H8 коефіцієнт висоти різьби
З осередку I8 - кут нахилу робочої сторони профілю різьби в градусах
Далі вибираємо матеріали для гвинта і гайки в поле зі списком, розташованому
в об'єднаних комірках C7, D7, E7: сталь (загартування.) / бронза
Для обраних матеріалів Excel вибирає з «Бази даних для розрахунку» і записує з осередку K10 допустиме питомий тиск в гвинтовий передачі в мегапаскалей
З осередку L10 коефіцієнт тертя ковзання в різьбі (з мастилом)
Вибираємо відносну висоту гайки в поле зі списком, розташованому
Програма видає перший проміжний результат: розрахунковий середній діаметр різьби (за критерієм - зносостійкість) в міліметрах, розрахований за формулою
На підставі даних, отриманих в попередньому кроці, задаємо зовнішній діаметр різьби гвинта (внутрішній діаметр різьби гайки) в міліметрах, вибираючи відповідне значення в поле зі списком, розташованому
Аналогічно ставимо крок різьблення - теж в міліметрах
Програма видає другий проміжний результат: середній діаметр різьби в міліметрах, який визначається за формулою
в осередку D14: = ЕСЛИ (C4 = "Метрична"; D12-6 / 8 * 0,866025 * D13; D12-D5 * D13) = 28,5
Увага! Важливий момент! Якщо середній діаметр різьби в осередку D14 виявиться по якійсь причині менше розрахункового з осередку D11, то програма «заллє» поле осередку D14 червоним кольором. Це приверне увагу користувача, і він повинен буде змінити зовнішній діаметр і / або крок різьби так, щоб середній діаметр за фактом став трохи більше попереднього розрахункового значення.
Програма пропонує розглянути і затвердити висоту гайки в міліметрах, видаючи розрахункове значення за формулою
в осередку D15: = D10 * D14 = 34,2
Приймаємо висоту гайки в міліметрах трохи більше розрахункової і пишемо
Далі Excel видає нам ряд чергових проміжних результатів розрахунку гвинтової передачі. Число витків різьби гайки
в осередку D17: = D16 / D13 = 11,7
Кут підйому витка різьби по середньому діаметру в градусах
в осередку D18: = D16 / D13 = 1,919
Наведений кут тертя в градусах
в осередку D19: = ATAN (D9 / COS (D6 / 180 * ПІ ())) / ПІ () * 180 = 5,911
Перевірку умови самоторможения передачі
в об'єднаних комірках C20, D20, E20: = ЕСЛИ (D19> D18; "Виконується"; "Чи не виконується") = Виконується
Момент тертя в різьбі в Ньютона помножених на міліметр
в осередку D21: = 0,5 * D3 * D14 * TAN (D18 / 180 * ПІ () + D19 / 180 * ПІ ()) = 29393
Далі вибираємо вид тертя торця гвинта з п'ятої (в нашому випадку) в поле зі списком, розташованому
в об'єднаних комірках C22, D22, E22: ковзання зі змазкою
Для обраного виду тертя Excel вибирає з «Бази даних для розрахунку» і записує з осередку Q8 коефіцієнт тертя на торці гвинта
Виходячи з конструктивних особливостей домкрата, ставимо середній діаметр торця гвинта (наполегливої підшипника) в міліметрах і пишемо
Програма розраховує момент тертя на торці гвинта в Ньютона помножених на міліметр
в осередку D25: = D3 * D23 * D24 / 2 = 28875
І, нарешті, задаємо зусилля робітника на рукоятці в Ньютона, вибираючи з поля зі списком, розташованого
Завершимо розрахунок передачі гвинт-гайка визначенням розмірів рукоятки і коефіцієнта корисної дії (ККД).
Довжина рукоятки в міліметрах
в осередку D27: = (D21 + D25) / D26 = 291,3
Діаметр рукоятки в міліметрах
в осередку D28: = ((D21 + D25) / 0,1 / 100) ^ 0,333333333 = 18,0
ККД передачі у відсотках
в осередку D29: = D3 * D13 / D27 / D26 / 2 / ПІ () * 100 = 12,3
Гвинтові передача ручного домкрата повністю розрахована. Головний недолік передачі гвинт-гайка проявився «в повний зріст» в кінці розрахунку - це дуже низький ККД.
Користуючись запропонованою програмою можна за кілька хвилин розрахувати десятки варіантів гвинтових передач і вибрати найоптимальніший.