Правильный расчет винтового домкрата

Оглавление:

Как устроен винтовой механизм?
Основные применяемые формулы
Гидравлические домкраты

Этот механизм был придуман инженерами для подъема грузов любой массы. Подъемные механизмы такого типа подразделяются на:

передвижные;
переносные.

Винтовой домкрат отличается мобильностью и компактностью, однако может поднять массу груза до 50 тонн.

Главными преимуществами домкрата являются его компактность и мобильность. Конструкция домкрата намного превосходит компактность лебедок и других подъемных механизмов. Кроме того, домкрат можно установить прямо под грузом, поэтому для подъема изделия не требуется применение каких-либо дополнительных устройств. Такие отличные свойства позволили применять домкрат в строительной промышленности и тогда, когда необходимо выполнить монтажные работы. Каждый автолюбитель обязательно имеет в своем багажнике такой механизм. Можно сделать домкрат и своими руками, но для этого необходимо выполнить расчет винтового домкрата.

Как устроен винтовой механизм?

Конструкция такого устройства имеет в своем составе:

Устройство винтового домкрата.

корпус;
бронзовую гайку;
винт, имеющий прямоугольную резьбу (иногда ее делают трапецеидальной);
грузовые головки;
трещотку.

Колесо, оборудованное собачкой, наделенное зубьями и закрепленное на выделенном квадрате оси вала, называется трещоткой. Согласно направлению винта такая собачка имеет возможность поворачиваться на валу, занимая крайнее положение. От проворачивания ее держит стопор с закрепленной на нем пружиной.

Подобный домкрат относится к группе самотормозящихся механизмов. Для такой передачи характерен небольшой подъемный угол винта, обозначается буквой «к». Его значение всегда меньше величины угла трения, обозначается – «р».

Надо сказать, что данный угол считается отрицательным свойством этого вида передачи. КПД механизма не достигает 0,5. При этом винтовой домкрат способен поднять груз массой в 50 тонн на высоту около 35 см. Когда масса превышает 20 тонн, необходимо к рукоятке приложить гораздо большее усилие. В связи с этим трещотку приходится менять более мощной червячной передачей. Домкрат оснащают машинным приводом.

Основные применяемые формулы

Общий расчет домкрата делается по определенной формуле: P=Q*z*tg(a+p)/R+n, где:

Схема винтового домкрата.

Р – усилие, которое прикладывается к рукоятке, когда винт вращается руками;
Q – прикладываемое усилие;
R – размер рукоятки;
n – КПД.

Огромным плюсом винтового домкрата считается возможность самоторможения. Груз не сможет опуститься, пока не начнется вращение винта.

Усилие «Q», которое способен развить домкрат, зависит от нагрузки «Р», которую требуется придать рычагу. Математически такой расчет выглядит следующим образом: Q=P*(2R*L/t)*n, где:

Q – усилие, которое развивает домкрат;
Р – давление на рукоятке;
L- размер рычага;
t – резьбовой шаг;
n – КПД.

КПД рассчитывается по следующей формуле: n=tga/(tg(a+p)), где:

а – угол подъема, на который имеет возможность нарезаться резьба;
р – величина угла трения;

При движении винта вверх работа домкрата осуществляется на сжатие, зависящее от массы груза, от того какая появляется сила трения.

Возникающее сжимающее напряжение, когда имеет место мощная осевая нагрузка, можно рассчитать по следующей формуле: Oсж=Q/(R*d/4), где:

Q – масса груза;
d – внутренний диаметр оси.

Для проведения вычислений скручивающего напряжения, которое образует крутящий момент, применяется выражение: Lкр=Mкр/Wкр, где:

Wкр – момент, противостоящий кручению;
Wкр=(Rd/16)=0,2*d.

Грузоподъемность винтового домкрата рассчитывается по формуле.

Чтобы рассчитать крутящий момент, делают следующие вычисления: Mкр=Q*tg(a+p)*(dср/2), где dср – средний диаметр оси.

Эквивалентное напряжение, появляющееся в оси, находится по формуле: Q=(2Qсж+3n)/2.

Резьба винта, грузовых домкратов равна a=4. Величина угла трения такова: p=6. Средний диаметр – LLd.

Когда проведенные преобразования заканчиваются, уравнение приобретает следующий вид: Qсж=1,25Q/((Rd/4)*f), где f- коэффициент наклона (выбирается по таблице согласно гибкости винта).

Расчет домкрата проводится лишь на сжатие. Главным фактором является масса груза «Q». Расчетный коэффициент скручивания берется равным – 1,25.

Когда появляется необходимость рассчитать внешний диаметр винта, применяется конкретная формула: d=d1+2a, где:

a – толщина резьбы (она в большинстве случаев рассчитывается так: a = t/4);
t – резьбовой шаг.

Ориентировочно: d=1,2-1,25*d1.

Удельное давление одного витка равно: q=Q/F1=Q/(R/4(d2-d1)z (Н/мм), где:

F1 – площадь касания гайки с винтом;
z – количество витков, которые имеет гаечная резьба.

Самодельные винтовые домкраты делаются из стяжных винтов и гаек.

Количество витков рассчитывается по математической формуле: z=Q/(R/4(d1-d2)q.

Прочность витков от срезающего воздействия на гайку вычисляется следующим образом: Q/Rd1*b*z, где:

b – ширина резьбового витка;
b=t/2 мм.

Количество витков «z» рассчитывается с использованием обеих формул. В последующем расчете выбирается самое большое число.

Толщина гайки равна: H=zt (t – шаг резьбы).

Чтобы рассчитать габариты винта, отталкиваясь от прочности, нужно знать максимальную высоту подъема.

Очень важно учесть в данном случае коэффициент устойчивости – f.

Проверить устойчивость винта можно по формуле: Oсж=Q/f*F1, где F1 – площадь сечения.

Когда делается расчет гибкости винта, требуется нужную длину считать двойной, относительно выдвинутой части.

Операции использования винтовых домкратов и их разновидностей требует выполнения определенных правил. То есть установка домкрата должна делаться строго под центром груза. Это связано с тем, что винт домкрата работает на сжатие. Поэтому, если будет выполнена неправильная установка, он начнет сгибаться.

Нельзя делать более длинной рукоятку домкрата, так как большая сила приложения может сломать винт. Его поперечное сечение не выдержит.

Гидравлические домкраты

КПД винтового домкрата равна 0,3-0,4, грузоподъемность до 50т., высота подъема груза может составлять 0,4-0,6 м.

В отличие от винтового гидравлический домкрат работает на специальной жидкости. Принцип функционирования гидравлического домкрата заложен в работу приводного насоса. Гидравлика и ее законы положены в основу такой работы. Насосом создается определенное давление гидравлической жидкости, которое двигает плунжер. В результате груз начинает подниматься. Затем жидкость уходит в емкость насоса, происходит опускание груза.

Положительные качества:

большая грузоподъемность;
минимальные трудозатраты;
большой КПД;
мягкий ход;
жесткая конструкция;
компактность.

Отрицательные свойства:

слишком высоко поднимают детали;
нельзя настроить высоту опускания;
часто ломаются, ремонт очень сложен и дорог.

Грузоподъемность гидравлического домкрата достигает 200 т. Домкраты подразделяются на несколько видов:

бутылочные (одноштоковые и телескопические);
подкатные;
ромбовые;
двухуровневые;
зацепные.

Да, все сложно и просто одновременно. Запутаться можно. Однако уделите минимум времени, включите логику, и проблем с расчетом домкрата не будет. Удачи!