Расчет пера шнека

Расчет шнека (развертка витка)

Поверхность витков шнека изготовленных из листовых заготовок близка к поверхности прямого кольцевого геликоида (или, иначе – винтового коноида). Строго математически поверхность геликоида, не может быть развернута в плоскость. Это означает и обратное — .

. теоретически из плоской заготовки нельзя получить виток геликоида.

Но на практике все сплошь и рядом изготавливают рабочие поверхности шнеков из металлического листа! Листовая заготовка при деформации в виток подвергается не только изгибу, но и вытяжке и сжатию (формовке). При этом локально изменяется начальная толщина листа заготовки! Классическая теория поверхностей, конечно, не предполагает деформационного растяжения или сжатия объектов исследования.

Далее рассмотрен широко применяющийся на практике приближенный расчет развертки витка шнека в виде сектора концентрического кольца с простым выводом всех формул алгоритма. Быстро и удобно выполнить расчет шнека (точнее – развертки витка шнека) призвана помочь небольшая программа, реализованная в Excel.

Расчет в Excel развертки витка шнека.

Рассмотрим виток шнека.

Длина наружной винтовой линии витка шнека по теореме Пифагора:

L=((π*D) 2 +t 2 ) 0,5 (1)

Аналогично длина внутренней винтовой линии витка шнека:

l=((π*d) 2 +t 2 ) 0,5 (2)

Высота витка шнека:

a=(D d)/2 (3)

Перейдем к рассмотрению развертки витка шнека.

Три следующих формулы отражают зависимости между пространственным витком и плоской разверткой. (Углы в расчетах – в радианах!)

Длина наружной дуги заготовки должна быть равна длине наружной винтовой линии витка:

L=α*D/2 (4)

Длина внутренней дуги заготовки должна быть равна длине внутренней винтовой линии витка шнека:

l=α*d/2 (5)

Ширина кольцевого сектора заготовки должна быть равна высоте витка шнека:

a=(D d)/2 (6)

Вычтем уравнение (5) из выражения (4), заменим часть выражения зависимостью (6) и выразим угол кольцевого тела развертки:

L l=α *(D d)/2=α *a

α=(L l)/a (7)

Зная угол α из выражений (4) и (5) находим диаметры развертки:

D=2*L/α (8)

d=2*l/α (9)

Угол выреза в развертке:

β=2*π α (10)

Размер вырезов по наружному и внутреннему диаметрам развертки:

B= D*sin (β/2) (11)

b= d*sin(β/2) (12)

В заключение для справки вычислим массу заготовки витка шнека:

G=s*(π/4)*(D 2 d 2 )/(2*π)*α*ρ (13)

На размещенном ниже скриншоте показан пример расчета в Excel, реализующего рассмотренный несложный алгоритм.

Замечания.

Напоминаю, что выполненный расчет витка шнека — приближенный! Попытки его улучшить чаще всего не имеют ни теоретического, ни практического смысла, так как точность поверхности витка зависит от способа его формообразования.

При необходимости получения высокой точности размеры развертки заготовки можно попытаться скорректировать для каждого конкретного случая индивидуально по результатам экспериментальных замеров. Иногда рационально ввести дополнительно механическую обработку диаметров на токарном станке после формовки и сварки.

Какова же точность развертки, полученной по представленной программе?

Виток винтового коноида с параметрами, заданными в качестве исходных данных (смотри скриншот выше), имеет массу 191 грамм по данным моделирования в одной из CAD-программ. Масса развертки витка по программе в Excel – почти 197 грамм. Разница — 3%. Развертка больше! Возможно, диаметры стоит уменьшить? Не стоит торопиться делать выводы. Если толщина листа в рассматриваемом примере будет меньше всего лишь на 0,05 мм, массы заготовки и теоретического витка станут равными.

По неподтвержденным данным размеры разверток, полученные по рассмотренным формулам, больше реально требуемых размеров на 1,4…1,8%.

Толщина листа заготовки витка шнека (s) и плотность материала (ρ) участвуют лишь в расчете массы (G), поэтому ввод этих значений в исходные данные при расчете только геометрических размеров развертки не является необходимым.

Прошу уважающих труд автора и желающих получать информацию о новых программах на сайте скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла с программой расчета: raschet-razvertki-vitka-shneka-v-excel (xls 171KB).

В CAD SolidWorks есть интересное приложение BLANKWORKS (www.intersed.kiev.ua/blankworks):

«BLANKWORKS рассчитывает точную форму заготовки для простых и сложных деталей. В отличие от большинства подобных систем, BLANKWORKS способен работать с деталями, изготавливаемыми частично штамповкой с объемной деформацией, а частично гибкой. Расчет заготовки занимает лишь несколько минут и дает результат, имеющий точность, достаточную для предварительной оценки технологичности, оценки расхода и оптимизации раскроя материала. BLANKWORKS отображает также эпюру степени утонения материала.»

Интересно было бы услышать отзывы пользователей этой системы и сравнить результаты расчетов и факты практики.

Развертка поверхности витка шнека

Развертка поверхности прямого кольцевого винтового коноида

Рассмотрим прямой геликоид, который образован движением прямолинейной образующей NM по двум направляющим (цилиндрической винтовой линии и ее оси), причем во всех положениях образующая составляет с осью прямой угол и остается параллельной плоскости параллелизма (на рис.1 — горизонтальной плоскости).

Приближенная развертка одного витка представляет собой часть плоского кольца, заключенного между двумя концентрическими дугами (рис 2).

Рисунок 1

Рисунок 2

Длина L большой дуги равна длине одного витка внешней винтовой линии; длина l меньшей дуги равна длине витка внутренней винтовой линии. Радиусы дуг R 1 и r 1 и угол выреза α могут быть определены графически и аналитически.

Аналитический способ

Обозначим ширину винтовой поверхности b, причём b = D-d/2

Формула 1

Так как винтовые линии развертываются в две концентрические дуги при одном и том же центральном угле, а такие дуги относятся друг к другу как радиусы, то

Формула 2

Угол выреза α определяется из пропорции:

Формула 3

Графический способ

Величины r 1, R 1 и α могут быть определены графическим построением (2 рис.б).
Строим прямоугольные треугольники АВС и ЕВС, у которых катет ВС = s = 48 мм, а катеты АС и ЕС равны длинам окружностей πD и πd. Величины πD и πd вычисляются или определяются следующим построением: проводим прямую Оа (б — правый нижний рисунок) под углом 30° к вертикальному диаметру до пересечения в точке а с касательной, проходящей через нижний конец того же диаметра. От точки а откладываем на касательной длину трех радиусов и полученную точка b соединяем с верхним концом диаметра. Отрезок bc равен половине длины окружности.

Гипотенузы построенных треугольников выражают длины развернутых винтовых линий L и l.
Для построений длины r 1 откладываем на АВ от точки А отрезок AF = l и от точки В отрезок ВК = b. Соединяем точки F и Е прямой EF и через точку К проводим прямую KN || EF до пересечения с BE в точке N.
Тогда отрезок BN = r 1 = 14 мм. (Действительно, из подобия треугольников BEF и BNK следует, что BN/BE = BK/BF. Но BN = r 1, BE = l, BK = b; BF = L — l. Отсюда r 1 = bl/(L — l).

Радиус R 1 = r 1 + b = 14 + 15 = 29 мм. Его можно найти и непосредственно построением, если через точку N провести прямую NM || AC до пересечения с АВ. Тогда отрезок ВМ = R 1 = 29 мм.

Для построения угла выреза α откладываем на окружности радиуса R 1 разность между длиной окружности 2π R 1 и длиной дуги L, равную 18 мм, и концы отложенной дуги соединяем с центром.

При больших значениях D, d и s выполнение вышеописанных построений в натуральную величину затруднительно. В таком случае следует пользоваться аналитическим способом или выполнять построения в уменьшенном масштабе, что снижает точность результата.

Выкроив из листа требуемое количество отдельных витков, можно образовать из них винтовую поверхность. Для присоединения витков к поверхности цилиндра диаметром d, на последней прочерчивают винтовую линию заданного шага s. Способы присоединения и соединения витков зависят от принятой технологии.

Развертка поверхности прямого винтового коноида переменной ширины

В данном случае внутренняя направляющая винтовая линия расположена на конусе, ширина поверхности коноида непрерывно изменяемая от максимальной величины b до минимальной b1.

Рисунок 3

Горизонтальная проекция внешней винтовой линии (цилиндрической ) является окружностью, а проекция внутренней винтовой линии (конической) представляет собой спираль Архимеда.

Для построения развертки определяют предварительно величины R 1 и α (формулы 1 — 3). Чертят окружность радиусом R 1 и наносят на ней центральный угол α. Полученную дугу, длина которой равна L, делят на несколько равных частей (на рис. 3 на 12) и проводят радиусы через точки деления. На радиусах откладывают последовательно длины отрезков 0 — 01; 1 — 11; 2 — 22 и т.д., взятые с горизонтальной проекции, где они изображаются в натуральную величину. Таким образом, получают ряд точек — 11; 21; 31;…121, соединяемых плавной кривой.

Читайте также:  Деревянные полы в квартире: виды, дизайн, устройство и монтаж

Развертка поверхности косого винтового геликоида

В данном случае, каждая образующая поверхности остается параллельной соответствующей образующей некоторого соосного конуса вращения с углом при вершине равным , который называется направляющим конусом.

Рисунок 4

Графический способ

Для построения развертки одного витка данной поверхности разбивают горизонтальную проекцию на равные части (например, на 12) и принимаю каждую из них за равнобокую трапецию.

Боковые стороны всех трапеций равны. Натуральную величину их дает фронтальная проекция 0′ — 0’1 = b — ширине поверхности.

Величина b может быть вычислена по формуле b = R — r/sinα.

Две другие стороны, например 0 — 1 и 01 — 11, равны соответственно 1/12 L и 1/12 l, где L и l — длины одного оборота внешней и внутренней винтовых линий. Для построения трапеции необходимо знать еще длину её диагонали, например 0 — 11. Определив любым известным способом истинную длину диагонали по её проекциям (011 и 0’1’1), строим приближенную развертку, как ряд примыкающих один к другому равных треугольников (рис. 4, б). Каждый треугольник строится по трем известным сторонам. Затем вершины треугольников обводятся плавной кривой.

Аналитический способ

Основан на изгибании поверхности косого геликоида на однополостный гиперболоид вращения, поверхность которого затем заменяется усеченным круговым конусом. Размеры развертки одного витка (рис. 4, в) определяется по формулам:

Формула 4

Развертка винтовой поверхности переменного шага

В рассмотренных выше примерах внешняя и внутренняя винтовые направляющие данных поверхностей имели один и тот же шаг. Для увеличения угла подъема внешней винтовой направляющей увеличивают её шаг.
Таким образом, винтовые направляющие имеют в этом случае разные шаги S и s, и сама поверхность называется винтовой поверхностью с переменным шагом.

На рис. 5 даны проекции ¼ полного оборота такой винтовой поверхности. Один конец образующей движется по винтовой линии шага S и радиуса R, а другой — по винтовой линии шага s и радиуса r.

При этом угол, под которым образующая пересекает вертикальную ось, уже не остается постоянным и отрезки образующей, заключенные между направляющими так же не равны между собой. Минимальная длина этих отрезков l0 = 001 = R — r; максимальная (l4) равна гипотенузе прямоугольного треугольника, одним катетом которого является фронтальная проекция 4′ — 4’1, а другим — горизонтальная проекция того же отрезка, т.е.

Рисунок 5

Построение приближенной развертки для ¼ полного витка произведено тем же способом, что и в предыдущем примере, но в данном случае приходится определять истинную длину каждой боковой стороны заменяемых трапециями отсеков поверхности и каждой диагонали. Это выполнено на рисунке 5 построением прямоугольных треугольников по известным из начертательной геометрии приемам.

Что касается двух других сторон всех отсеков, то они, как и в предыдущем примере, равны L/n и l/n, где n — принятое число делений одного оборота винтовых направляющих (в данном случае n = 16). Величины L и l определяются как указано выше (по формулам 2).

По материалам:
«Технические развертки изделий из листового металла» Н.Н. Высоцкая 1968 г. «Машиностроение»

Расчет пера винтового конвейера или шнека


типовые расчеты по ЕСКД

Для пользователей КОМПАС-3D задача значительно упрощается, т к существует бесплатная библиотека “Перо шнека”, выполняющая все за вас. Вам остается только ввести исходные данные и получить готовый чертеж или 3D-модель. Я понимаю, что халява разжижает мозги, но значительно сокращает затраченное время.

В результате у вас появится нечто подобное. Заполняем форматку, добавляем парочку тех. и этих требований и выдаем в производство.

Библиотека “Перо шнека” находится в свободном доступе и ее можно скачать в интернете. Кстати, она подходит ко всем версиям КОМПАС-3D, включая последнюю. Копируем файлы в папку с библиотеками ASCON/KOMPAS-3D V16/Libs/ и подключаем ее. В противном случае все считать придется самим.

Дано. Для винтового конвейера диаметром D с заданным диаметром вала d и шагом S (рис. а) необходимо изготовить перья размером Do, do и αо (рис. б). Будучи натянутыми на вал диаметра d при заданном шаге S, они должны образовать винт диаметром D. Для этого нужно, чтобы Do и do соответственно были несколько больше D и d, так как при растяжении навивки из перьев их диаметр несколько уменьшается.

Длина дуг L и l выражается через их радиусы и угол (рад):

При навивании перьев на вал эти дуги образуют винтовые линии: дуга I по валу диаметром d, а дуга L по воображаемому цилиндру диаметром D, равным диаметру винта.

Развертку винтовой линии можно представить в виде прямоугольного треугольника, у которого один катет равен шагу S, а другой – длине окружности, на которую навита винтовая линия, т. е. πD (рис. в).

Таким образом, можно записать следующие зависимости:

l = √ S&sup2 + (πd)&sup2
L = √ S&sup2 + (πD)&sup2

С достаточной для расчета точностью D – d = Do – do, так как обе части примерно равны 2d. Подставляя значения этих параметров, получим

D – d = 2L / α – 2&#183l / α

Зная α, L и l, находим Do и do по выше приведенным формулам

Значение &#945o (град) будет

Таким образом можно найти необходимые размеры Do, do н &#945o, чтобы сделать шаблон, по которому можно изготовить перья для данного винтового конвейера. Для соединения перьев между собой следует на нх концах сделать припуск, равный 5. 10 мм в зависимости от способа их соединения.

Конусные шнеки обычно используются для уплотнения перемещаемого материала, поэтому, в основном, их изготавливают литыми, где и задается угол конуса и изменение шага витка. Если изготовливается из листа, сначала создается масштабная модель. Можно методом интегрирования контура пера, кому что проще.

Кому этой информации недостаточно, например необходимо подобрать оптимальные параметры шнека, найдите книгу Григорьев А.М. Винтовые конвейеры М., “Машиностроение”. 1972, 184 стр.

В книге рассмотрены примеры применения винтовых конвейеров, особенности их эксплуатации и применяемые методы их расчета. Изложены теория движения изолированной материальной точки в винтовом конвейере и рекомендации по распространению этой теории на сплошной поток транспортируемого материала. Даны новые аналитические методы расчета и примеры проектирования высокопроизводительных и экономичных винтовых конвейеров. Книга предназначена для инженерно-технических работников, занятых исследованием, расчетом, конструированием, производством и эксплуатацией конвейеров.

Или зарубежную книгу Технология изготовления спиралей шнеков. Гевко Б М – Львов: Вища шк Изд-во при Львов, ун-те, 1986.- 128 с. В монографии изложена новая технология формообразования спиралей шнеков методом холодной навивки, прокатки и штамповки. Эта технология способствует повышению точности обработки деталей, снижению материалоемкости изделий, повышению производительности труда в машиностроении и приборостроении. Разработки автора введены в нормали Министерства тракторного и сельско-хозяйственного машиностроения и используются на предприятиях отрасли.

Как сделать шнек своими руками: чертежи, схема, пошаговая инструкция

Для осуществления механического бурения скважин на воду используются специальные приспособления. Но многие умельцы стараются сделать шнеки своими руками. Чертеж и подробная инструкция по изготовлению помогут смонтировать механизм, который будет не хуже заводского. Главное, подготовить материал и инструмент.

Подготовительный этап

Прежде чем приступать к сборке конструкции шнека необходимо подготовить рабочий инструмент. В этот список входят:

  • сталь листовая;
  • автомобильные рессоры;
  • напильник;
  • специальные тиски для фиксации заготовок;
  • молоток;
  • картон и маркер;
  • болгарка и диски для нее;
  • крепежные элементы; рулетка;
  • трубы разной длины.

Кроме этого, понадобится сварочный аппарат и защитные очки, чтобы снизить риск попадания искр в глаза при работе.

Что касается материала труб, то лучше подбирать стальные элементы, у которых повышенная коррозийная стойкость. Если брать дешевый вариант, то уже спустя некоторое время на поверхности появится ржавчина.

Если все подготовлено, то можно приступать к работе. Чтобы изготовить шнек своими руками, необходимо выполнить следующие действия:

  • вначале сделать проект, а затем — шаблон на плотном картоне;
  • взять стальную полую трубу, этот материал должен выдерживать серьезное механическое воздействие;
  • изготовить из гибкого стального листа витки и с помощью сварочного аппарата приварить перья к трубе — получится своеобразная пружина.

Если требуется шнек для работы с сыпучим материалом, то витки должны быть расположены всплошную. В обратном случае нужного эффекта не будет. Если все сделано правильно, получится эффективный инструмент, который будет иметь следующие положительные качества:

  • компактный размер;
  • высокая производительность;
  • длительный эксплуатационный срок;
  • удобный в работе;
  • быстрое углубление и подъем земли.

Но все эти характеристики можно получить только в том случае, если строго следовать инструкции при монтаже. Некоторые самодельные устройства сможет смонтировать даже новичок.

Простой способ

Есть очень простой способ быстро собрать самодельный шнек с двумя лопастями. Эти элементы будут прекрасно врезаться в грунт. Единственный минус, что работать им можно только на небольшой глубине, не более 10 м.

Изготавливается шнек по следующей технологии:

  1. Берем трубу длиной от 100 до 140 см, тут все зависит от роста работника. В ее верхней части привариваем продолговатую гайку, которая будет соответствовать болту. Можно заменить двумя стандартными. Если взять меньше, то конструкция будет держаться ненадежно.
  2. В нижней части привариваем металлическую гильзу или толстую арматуру — этот элемент будет исполнять роль переходника к буру. Долото покупаем готовое или изготавливаем самостоятельно из стальной полосы длиной 30 см и толщиной 3 мм. Ее сначала хорошенько прокаливаем, а затем охлаждаем в кипящем свинце или масле. Эту спираль фиксируем в гильзе, а потом тщательно затачиваем.
  3. Берем два диска от болгарки: один с ровной кромкой на 150 мм, другой зубчатый — 180 мм. Распиливаем эти диски напополам, в таком случае центральная часть расширяется и совпадает с основной трубой. Устанавливаем их поочередно: вначале меньший, а на 10 см выше — больший. Расположение деталей делаем строго под углом 35 градусов к земле. В таком случае повышается коэффициент полезного действия при минимальных усилиях.
  4. Далее изготавливаем трубчатые элементы для продления. Для этого берем трубу с аналогичным диаметром и длиной 100−140 см. Затем вставляем снизу болт и привариваем его. В верхней части устанавливаем и привариваем продолговатую гайку.

В таком случае бурильная конструкция будет делать более продолжительные ходы, а значит, работать инструментом будет проще и быстрее. На этом шнек готов.

Сложный вариант

Этот способ изготовления шнека позволит собрать качественное и точное приспособление, которое будет служить долгое время. Для начала делаются расчеты и чертеж, затем — замеры. Также стоит заранее подготовить инструменты и подходящий материал, а уже потом приступать к сборке самодельного бура.

Пошаговая инструкция по монтажу шнекового смесителя выглядит следующим образом:

  • Взять подготовленную трубу, причем она должна быть гладкой, без каких-либо изгибов или деформаций. Просверлить на одном конце перпендикулярное отверстие с диаметром 8 мм. Здесь будет соединяться верхняя часть с ручкой.
  • Снизу установить наконечник — эта деталь будет задавать направление движения земли. Сделать его можно из старой автомобильной рессоры. Вырезать необходимый квадрат можно при помощи болгарки.
  • В трубе проделать продольный пропил, который должен иметь толщину равную наконечнику. Дальше следует вставить его острым кончиком внутрь трубы. В результате должно получиться приспособление, напоминающее копье.
  • Соединить детали при помощи сварочного аппарата, не забывая о мерах безопасности.
  • Вырезать из рессоры резак длиной равной ½ диаметра изготавливаемого бура, а уже на нем пропилить зубцы. Именно эти элементы будут вгрызаться в грунт, рыхлить его, а уже после земля будет попадать на спираль самодельного шнека.
  • Расположить резцы таким образом, чтобы они были под острым углом к основной поверхности. После этого следует приварить детали к стальной трубе.
  • Вырезать из металлического листа круг, одинаковый по диаметру со спиралью шнека. Проделать в его центре отверстие, в которое будет вставляться труба. Приложить изготовленный диск к резцу, приваренному к трубке. Сделать разметку их соприкосновения при помощи карандаша или специального маркера.
  • По полученным отметкам разрезать круг от края до центра, лучше всего сделать это болгаркой. Разрезанный диск положить в тиски и скрутить элементы в спирали молотком. Изготовленный своими руками шнек насадить на трубу и приварить. В конце обработать поверхность металлической щеткой и покрасить.

Собственно, на этом работа окончена. Остается сделать ручку и удлинитель. Первую можно сделать пластиковой, она будет удобнее, а вот последнюю деталь можно изготовить из любой подходящей трубы.

Несколько советов

Некоторые рекомендации помогут сделать качественное бурильное приспособление. При работе стоит учитывать следующее:

  • Необходимо правильно рассчитывать диаметр шнека. Дело в том, что во время работы отверстие будет слегка отличаться от размера режущей детали. Например, 200 мл элемент обеспечит лунку в 240−250 мл.
  • Можно заменить диски для болгарки обычной листовой сталью, толщина которой будет около 2 мм. Но ее придется дополнительно гнуть и затачивать, чтобы придать идеальную форму.
  • Во время работы с диском необходимо соблюдать меры безопасности. Его следует тщательно и надежно закрепить в специальные тиски, а резать исключительно в защитных очках.
  • Чтобы произвести расчет пера шнека, можно воспользоваться специальной программой «Компас-3 D». Она сделает все необходимое, достаточно внести исходные данные и дождаться готового чертежа. Все это позволит значительно сохранить время.

Чтобы продлить эксплуатационный срок самодельного шнека, нужно чистить его после каждой работы. Устранять землю с металлических деталей, при необходимости править лезвия и подтачивать их. Кроме этого, для хранения выбирать помещения с пониженной влажностью.

Изготовление шнеков: технология и оборудование

Работа различных устройств механизмов основана на применении шнека. Подобная деталь представлена винтом, который характеризуется определенной формой. Примером можно назвать установку шнека в конвейерах, предназначенных для перемещения различных сыпучих материалов. Подобная конструкция получила весьма широкое распространение, представлена сочетанием самых различных узлов.

Общие сведения об устройстве и сферах применения

Рассматривая шнек следует учитывать, что он представлен разновидностью винта, который характеризуется повышенной площадью витков. Особенностями подобной детали назовем следующее:

  1. Деталь характеризуется компактными размерами и высокой эффективностью. Именно эти свойства определяют широкое распространение шнека при создании самых различных механизмов.
  2. Часто встречается ситуация, когда шнек применяется в качестве основного элемента бурильной установки. На момент вращения особая форма обеспечивает быстрое углубление и подъем грунта.

Несмотря на достаточно сложную форму для снижения стоимости изделия его изготавливают своими руками. Самодельный вариант исполнения сможет выдержать длительную эксплуатацию, однако допущенные ошибки при проведении расчетов и изготовлении детали могут стать причиной полной непригодности шнека при применении.

Подготовительный этап

Чаще всего деталь применяется в качестве основного элемента винтового конвейера. Кроме этого, есть возможность применять деталь для бурения скважин. Начать изготовление шнеков следует с подготовительного этапа. Его особенности заключаются в следующем:

  1. В интернете можно найти чертежи по которым проводится создание устройства.
  2. При необходимости можно провести расчет основных параметров при применении специальных формул.
  3. Вначале проводится выбор подходящего материала для изготовления винта. В большинстве случаев для этого подходит сталь с повышенной прочностью, которая проходит термическую обработку.
  4. Для работы потребуется сварочный аппарат и некоторые инструменты. Металл считается труднообрабатываемым материалом, для которого требуются специальные инструменты.
  5. Существенно упростить поставленную задачу можно путем изготовления шаблона при применении картона. Подобным образом можно исключить вероятность допущения серьезной ошибки.

От правильности проведения подготовительного этапа зависит то, насколько правильной формой будет обладать готовое изделие. Именно поэтому нужно провести создание заготовки из картона, после чего она прикладывается к основной части и проверяются основные параметры. Изготовить шнек можно из самых различных материалов, при выборе прочной стали можно рассчитывать на длительный эксплуатационный срок.

Изготовление шнека

Применяемая технология изготовления шнеков позволяет получить качественную и точную деталь, которая прослужить в течение длительного периода. При этом изготовить шнек можно из самых различных материалов, которые характеризуются определенными свойствами. Технология производства представлена следующими шагами:

  1. Для начала проводится проектирование и изготовление шаблона из картона.
  2. В качестве основы применяется стальная полая труба, которая может выдержать существенно механическое воздействие.
  3. Стальной лист применяется для изготовления витков. При применении сварочного аппарата они привариваются к трубе по ранее отмеченным точкам.
  4. Перемещение сыпучих материалов возможно исключительно в случае, если витки расположены всплошную.

Оба конца вала создают таким образом, чтобы могла проводится установка подшипников. Они должны быть рассчитаны на воздействие достаточно большой нагрузки. Не стоит забывать о том, что также требуется привод, который будет передавать вращение от двигателя на исполнительный орган. Шнеки могут быть самой различной длины и геометрической формы, все зависит от предназначения устройства и области применения.

Как правильно рассчитать и изготовить шнек в мастерской?

Изготовить самодельный шнек можно исключительно после проведения соответствующих расчетов. Основными параметрами можно назвать следующее:

  1. Диаметр трубы, которая выступает в качестве основания. Также уделяется внимание длине.
  2. Размеры витков и шаг их расположения.
  3. Наиболее подходящий тип материала, применяемого при изготовлении детали.

При самостоятельном изготовлении шнека в домашней мастерской приходится проводить резку металла и сварку. Именно поэтому потребуется сварочный аппарат, а также болгарка.

В технической документации можно встретить всю требуемую информацию для проведения соответствующих расчетов.

Расчет пера винтового конвейера или шнека

Наиболее важным параметром можно назвать размеры и геометрические параметры пера шнека. Для определения свойств применяются специальные программы. Примером можно назвать КОМПАС-3D. В эту программу включен также пакет, позволяющий автоматически провести расчет при введении следующей информации:

  1. Диаметр изделия.
  2. Диаметр вала, выступающего в качестве основания.
  3. Шаг расположения витков.
  4. Толщина применяемого материала.
  5. Угол пера в отношении основания.

В результате проведения автоматических расчетов можно получить подробный чертеж, на котором указываются основные параметры. Кроме этого, могут применяться и обычные формулы для определения основных параметров.

Как сделать шнек своими руками в домашних условиях

Изготовить шнек своими руками в домашних условиях можно при наличии небольшого количества распространенных инструментов. При этом сделанный винт сможет прослужить в течение длительного периода. Основными рекомендациями по выполнению работы можно назвать следующие моменты:

  1. Для начала подготавливается труба, выступающая в качестве основания. Она должна иметь строгую ось и быть без дефектов.
  2. Далее проводится отметка основных точек крепления витков.
  3. Из листа при помощи тисков проводится изготовление витков, которые после привариваются к основанию.
  4. Следующий шаг заключается в проверке правильности расположения винтов.

На сегодняшний день достаточно широкое распространение получили пластиковые варианты исполнения. Их изготовление возможно при проектировании изделия в специальной программе, после чего проводится печать на 3D-принтере. Подобный вариант характеризуется повышенной точностью, но может применяться для передачи небольшого усилия.

Способ изготовления самодельного конвейера

Как ранее было отмечено, чаще всего рассматриваемое изделие устанавливается на конвейере. При рассмотрении того, как сделать шнек своими руками в домашних условиях для винтового конвейера отметим следующее:

  1. Вал должен крепиться на подшипниках, поэтому нужно предусмотреть соответствующие посадочные гнезда.
  2. Сложность конструкции заключается в необходимости передачи вращения то электрического двигателя к винту. Для этого проводится установка специального привода, представленного сочетанием электрического двигателя с редуктором.

Качественный самодельный шнек в подобном механизме может прослужить в течение длительного периода. Важно правильно создать корпус, который зачастую напоминает желоб.

Самодельные буровые устройства

Также проводится изготовление шнека в случае, когда нужно получить буровую установку. Проводимая работа характеризуется следующими особенностями:

  1. Отрезается труба требуемой длины.
  2. На нижнем конце создается наконечник, который направляет перемещение грунта.
  3. Наконечник изготавливается из рессор, он отвечает за рыхление грунта.
  4. Резцы должны быть расположены под острым углом.

Все элементы рассматриваемого изделия привариваются сварочным аппаратом. При этом следует уделять внимание качеству шва, так как даже незначительные дефекты снижают прочность соединения.

Используемые материалы приспособления и инструменты

Для проведения работы своими руками по изготовлению шнека бура требуются определенные материалы и инструменты. При этом можно изготовить не только витки для шнека своими руками, но и многие другие элементы. Для работы требуется следующее:

  1. Листовая сталь.
  2. Рессоры автомобиля.
  3. Сварочный аппарат.
  4. Труба различной длины.
  5. Тиски для фиксации заготовки.
  6. Молоток.
  7. Напильники.
  8. Карандаш и картон.

Для изготовления спирали для шнеков рекомендуется выбирать сталь с повышенной коррозионной стойкостью, так как при эксплуатации со временем на поверхности может появится ржавчина. Некоторый инструмент для изготовления шнека есть в обычном наборе слесаря.

Расчет шнеков

Многие авторы работ, в которых описывается методика расчета шнеков на прочность и жесткость, предлагают начинать эти расчеты с проверки устойчивости шнека при продольном изгибе, а затем, после получения значения гибкости X, вести дальнейший расчет по одному из двух вариантов. Первый вариант (при гибкости X 50) учитывает эту возможность.

Как уже было сказано, внутри материального цилиндра может развиваться рабочее давление до 50 МПа, а в аварийных случаях и еще выше. Естественно, что при этом создается большая осевая сила (4.5), которая, казалась бы, может вызвать потерю продольной устойчивости шнека. Однако не следует забывать, что при незаполненном полимерным материалом пространстве между материальным цилиндром и расположенным в нем шнеком внутри цилиндра не может быть создано хоть сколько-нибудь значительное внутреннее давление. То есть будет отсутствовать и существенная осевая нагрузка на шнек.

В то же время при нормальной работе экструдера пространство между цилиндром и шнеком заполнено полимером. В зоне загрузки уже на расстоянии полутора-двух витков от загрузочного отверстия это плотная пробка непроплавленного материала, а в зонах пластикации и дозирования — расплав полимера, представляющий собой очень вязкую и практически несжимаемую при давлениях переработки жидкость.

Поэтому полимер, заполнивший пространство между цилиндром и шнеком, можно считать дополнительной опорой, обеспечивающей шнеку достаточный запас продольной устойчивости.

В связи со сказанным расчет шнеков экструдеров на устойчивость при продольном изгибе можно не проводить.

При расчете шнека определяют максимальные касательные напряжения, возникающие на поверхности шнека от действия крутящего момента = Nk/w, где N— мощность привода шнека; k — коэффициент полезного действия привода шнека; (о — угловая скорость шнека:

здесь Wp — полярный момент сопротивления, равный

где D — наружный диаметр шнека.

Осевое отверстие с диаметром d в теле шнека служит для размещения в нем системы охлаждения или термостатирования. Надо иметь в виду, что в шнеках небольших диаметров подобные осевые отверстия не предусматриваются и в этих случаях 0.

Из уравнений (4.41) и (4.42) получаем

Расчетная схема шнека показана рис. 4.15. Нормальные напряжения вызываются осевой силой Fg и распределенной нагрузкой q. Максимальные напряжения будут возникать в месте закрепления шнека (у правого подшипника)

где Ми — максимальный изгибающий момент от распределенной нагрузки шнека; А — площадь поперечного сечения шнека; Wx осевой момент сопротивления.

Рис. 4.15. Расчетная схема нагружения шнека и его опор

где G — вес консольной части шнека длиной I; р — плотность материала шнека; g — ускорение свободного падения.

После подстановки (4.45), (4.46) и (4.47) в (4.44) получаем

В соответствии с третьей гипотезой прочности условие прочности шнека запишется как

где [о] — допускаемое напряжение материала шнека с учетом условий его работы.

Максимальный прогиб шнека под действием собственной тяжести равен

где Е — модуль упругости первого рода материала шнека;Ух— осевой момент инерции поперечного сечения шнека:

Надо иметь в виду, что полученное значение максимального прогиба реализуется только при отсутствии внутри материального цилиндра полимера. Но так как запуск экструдера может быть осуществлен и при отсутствии полимера внутри материального цилиндра, то во избежание повреждения цилиндра и шнека, определив Дтм по формуле (4.50), необходимо сравнить его значение с величиной радиального зазора между выступами на резьбе шнека и внутренней поверхностью материального цилиндра. Полученный прогиб должен быть меньше этого зазора.

Величины радиальных зазоров между выступами на резьбе шнека и внутренней поверхностью материального цилиндра в зависимости от диаметра шнека приведены в табл. 4.3

Шнеки должны обладать достаточной жесткостью на кручение. Угол закручивания шнека определяется но формуле ф = M^L/GJ, где G — модуль упругости второго рода (G « 8-10 4 МПа);/р — полярный момент инерции опасного сечения Jp – 2fx.

Таблица 4.3. Рекомендованные размеры радиальных зазоров в зависимости от диаметра шнека экструдера

Диаметр шнека, мм

Зазор в новой машине, мм

Максимально допустимый зазор в старой машине, мм

Читайте также:  Toyota Porte и Spade 2013- новый минивэн Порте и Спэйд от Тойота
Ссылка на основную публикацию