Министерство высшего и среднего специального образования Российской Федерации

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н. Э. БАУМАНА

ФАКУЛЬТЕТ РК (Робототехника и комплексная автоматизация)

КАФЕДРА РК3(Детали машин)

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:

Разработка конструкции

консольного настенного поворотного крана

Студент ( Репенько Е.В. ) Группа МТ7-71

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта ( Варламов В.П.)

(фамилия, инициалы)

Москва 2002год.

1. Механизм подьема………………………………………………………..3

   1. Выбор электродвигателя.

   2. Выбор каната.

   3. Выбор барабана.

   4. Выбор редуктора.

   5. Выбор тормоза.

2. Механизм поворота……………………………………………………….8

   1. Нагрузка на опорные узлы.

   2. сопротивление повороту.

   3. Расчет подшипников опорных узлов.

3. Расчет металлоконструкции…………………………………………….10

   1. Определение основных размеров.

   2. Проверка статического прогиба.

   3. Определение веса.

   4. Проверка времени затухания колебаний.

   5. Проверка прочности.

4. Расчет соединений………………………………………………………16

   1. Шпоночные соединения.

   2. Расчет болтового соединения.

Список литературы…………………………………………………………20

1.Механизм подъема.

Исходные данные для расчета:

Грузоподъемность F_Q = 6.3 кН;

Скорость подъема V_п = 6 м/мин;

Скорость передвижения V_пов = 2.5 об/мин;

Высота подъема H = 6 м;

Вылет стрелы L_max = 4 м;

1.1. Выбор электродвигателя.

Из технического задания имеем исходные данные:

m=2;

a=1;

t=1.

Определим кпд полиспаста:

_ред=0,85;

_муфты=0,99;

_блока=0,98;

отсюда

_пол=((1+_бл)/2) *_бл =((1+0,98)/2)*0,98=0,97;

Кпд привода

_пр=_ред_муфты_пол_блока =0,85*0,99*0,97*0,98=0,8;

Вес крюка:

G_кр=0,03Q=0,03*6300=189Н;

Статическая мощность:

P_стат=(Q+G_кр)*V/(60_пр)=(6300+189)*6/(60*0,8)=721Вт;

Зная статическую мощность предварительно подбираем электродвигатель из условия

Р_эд=Р_нР_стат и n₀=860мин^-1 4АС80А6У3 .

Параметры электродвигателя:

Р_Н=0.8кВт(с учетом ПВ=40%);

n_Н=860мин^-1;

1.2. Выбор каната.

Наибольшее усилие, нагружающее канат:

F_max=(Q+G_кр)/(am_пол)=(6300+189)/1*2*0,97=3350Н;

Разрывное усилие на канат:

F_max^ГОСТ=F_maxk=3350*6=20000Н;

где к=6 для режима 4М.

Из [2] определяем типоразмер каната из условия _вр>1960МПа:

ЛК-Р конструкция 619(1+6+6/6+16)+1о.с. ГОСТ7668-80.

Характеристики каната: d=6.3мм, F_раз=22кН

1.3. Выбор барабана.

Предварительно определим диаметр барабана:

D_барd_кан(e-1)=6,3(16-1)=94.5мм;

где е=16 для режима 4М.

Принимаем D_бар=120мм

Число рабочих витков барабана:

z=a*(H*1000)/(*(D_бар+d_кан))=1*6*1000/((120+6.3))=15

принимаем z=15;

Толщина стенки для чугуна (СЧ15): =1.2 d_кан7.6мм принимаем =8мм

Шаг нарезки Р для барабана (по канату) Р=(1.1…1.2) d_кан=1.26.3=7.6мм

Длина барабана:

L_бар=p(z+6)=7.6(15+6)=160 мм;

т.к. крепление к валу редуктора консольное необходимо обеспечить условие

L_бар/D_бар1,5

120/160=0.75 (условие выполняется);

Из ряда предпочтительных чисел Ra20 подбираем окончательные диаметр и длину

барабана барабана D_бар=120 мм, L_бар=160 мм.

Прочность барабана

Напряжение сжатия в стенке барабана (напряжениями изгиба и кручения пренебрегаем)

_см=

_см130Мпа –допускаемое напряжение для чугуна СЧ15

_см  _см - условие выполняется

Частота вращения барабана:

n_вых=a*V*1000/((*(D_бар+d_кан))=1*6*1000/((160+6.3))=15 мин^-1;

Отсюда найдем предварительное передаточное отношение:

i=n_эд/n_вых=860/15=57.3;

Из стандартного ряда чисел подбираем передаточное отношение:

i=63;

Для данного передаточного отношения выбираем тип редуктора—червячный и выполним проверку скорости вращения барабана:

V_фактич=n_H*(D_бар+d_кан)/(1000*i*a)=860*(160+6.3)/(1000*63*1)=5.41м/мин;

V/V*100%<10%;

(5.41-6)/6*100%=9% (что удовлетворяет условию).

Момент на барабане:

Т_бар=F_max(D_бар+d_кан)m/2=3350*(120+6.3)*2/2=423Н*м.

1.4. Выбор редуктора.

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора

T_max= =528Нмм

Энергетической характеристикой современного редуктора является номинальный момент Т_ном, под которым понимается допустимый вращающий момент ни тихоходном валу при постоянной нагрузке и числе циклов нагружений лимитирующего зубчатого колеса, равном базовому числу циклов контактных напряжений N_HG. Номинальный вращающий момент на выходном валу выбранного редуктора должен удовлетворять условию

Т_ном  Т_НЕ,

где эквивалентный момент

Т_НЕ=k_НДТ_max.

Т_max наибольший вращающий момент на тихоходном валу редуктора при нормально протекающем технологическом процессе.

Для червячных редукторов

k_НД=k_НЕ= =0,8

Т_НЕ=0,8*528=422 Нм

Выбираем редуктор типа Ч-125 с передаточным числом 63 и Т=683Нм.

1.5. Выбор тормоза.

Тип тормоза для режима 3М ТКП или ТКГ.Необходимый момент тормоза T_m=k_mT_гр.

k_mкоэффициент запаса торможения ; k_m=2 для 4М

Определение требуемого момента тормоза:

Грузовой момент на валу тормозного шкива

, где _обр=0,5(1+)

КПД при подъеме

=_п_бар_м²_ред

=0,840,980,99=0,815

_обр=0,5(1+0,815)=0,9075

Т_гр=

Т_т  Т_грk_торм=7.472=15 Нм

Выбираем ТКП200/100 с Т_т=40 Н м

2.Механизм поворота.

Исходные данные:

Грузоподъемная сила F_Q=6.3кН

Скорость поворота V=2,5об/мин

Вылет стрелы L=4м

K_he=0,63

Машинное время t_=4000

2.1. Нагрузка на опорные узлы.

Нагрузку на опорные узлы определяют при подъеме номинального груза Q и наибольшем вылете L. Для крана с внешней опорой вертикальная нагрузка:

F_В=Q+G

F_В=6300+3344=9644Н,

горизонтальная нагрузка:

2.2. Сопротивление повороту.

Т.к. нагрузка составляет 1.35кг, то поворот крана можно осуществлять вручную. Механизм поворота не требуется.

2.3. Расчет подшипников опорных узлов.

Расчет подшипников производится на статическую грузоподъемность, т.к. частота вращения стрелы минимальна (n  10мин^-1).

Для верхней опоры выбираем сферический радиально-упорный двухрядный шариковый подшипник.

Данный тип подшипников допускает большие углы перекосов во время работы крана.

Тип подшипника 1315, статическая радиальная грузоподъемность .

Условие пригодности подшипника:

Выбранный подшипник проходит по статической грузоподъемности.

3.Расчет металлоконструкции.

3.1.Определение основных размеров металлоконструкции.

Принимаем, что металлоконструкция крана изготовлена из труб.

Расстояние между опорами крана ( подшипник):

h_п=0,3L=0,34000=1200мм.

Принимаем h_п=1200мм.

Расстояние между стрелой и оттяжкой l по аналогии с подобными кранами

l(0,8…0,9) h_п=(0,8…0,9)1200=960…1080мм.

Принимаем l=1000мм.

Длина оттяжки

L_отт= мм

Диаметр колонны

d_кол=(1/40…1/50)L=(1/40…1/50)4000=100…80мм

Диаметр сжатого стержня (стрелы)

d_стр  L =  4000=100 мм

Диаметр растянутого стержня (оттяжки)

d_от  l_от =  2970=60 мм

Принимаем в соответствии с ГОСТом на трубы (приложение 4)

Диаметр колонны d_кол=102мм

Диаметр стрелы d_стр=102мм

Диаметр оттяжки d_от= 60мм

Толщина стенок труб _ст=(0,05…0,08)d; у стрелы _ст=8мм, у колоны _к=8мм, а у оттяжки _от=4.5мм.

Площадь поперечного сечения трубы колоны и стрелы мм².

Площадь поперечного сечения трубы оттяжки

мм².

Момент инерции сечения трубы колоны

мм⁴.

3.2. Проверка статического прогиба.

Общий прогиб вызывается деформацией колоны и деформацией стрелы (стрелы+оттяжка).

Прогиб за счет деформации колоны (изгиб и сжатие) определяем методом Верещагина . Единичная сила, приложена в точке А, где приложена и сила Q.

H

H

3.3. Определение веса.

При расчете веса стрелы, оттяжки и колоны учитывают вес сварки, косынок, вводя коэффициент 1,1.

Вес стрелы

H

Вес оттяжки

Н

Вес колоны

Н

Вес механизма подъема ( определяем при его проектировании)

G_мп=1800Н

Вес крюковой подвески

G_кр=0,036300=189H.

Координата центра тяжести механизма подъема (определяем при его проектировании)

X_мп=660мм

3.4.Проверку времени затухания колебаний

для жестких кранов, когда f_ст  0,5[f_ст], можно не проводить.

3.5.Проверка прочности.

Допускаемое нормальное напряжение Н/м²

Нормальные напряжения в растянутой стяжке

Напряжение в колоне от изгиба и сжатия с учетом гибкости

Радиус инерции сечения колоны