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

настенного неполноповоротного крана

Студент ( Кулапин А.В. ) Группа МТ8-72

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта ( Соболева Л.П. )

(фамилия, инициалы)

МОСКВА, 2001 г.

1. Введение.

В данной работе проектируется настенный неполноповоротный кран с переменным вылетом.

Основными частями крана являются стрела и подвижная колонна. Вдоль стрелы на двух ведущих и двух ведомых колесах движется механизм передвижения, к которому присоединен механизм подъема груза (тельфер).

Тельфер состоит из встроенного электродвигателя, планетарного редуктора, барабана и дискового фрикционного электромагнитного тормоза. Редуктор, барабан и электромагнитный тормоз проектируются исходя из исходных данных и требований, налагаемых на конструкцию крана, а электродвигатель выбирается по справочнику.

Механизм передвижения состоит из фланцевого электродвигателя со встроенным тормозом, одноступенчатого цилиндрического редуктора, момент тихоходного вала которого передается на шестерни открытой зубчатой передачи, которые в свою очередь входят в зацепление с двумя ведущими колесами. Колеса закрываются с двух сторон металлическими «щеками», которые стягиваются между собой каркасом из трех осей, на две из которых крепится тельфер.

На барабан тельфера наматывается канат, а захват груза осуществляется с помощью крюковой подвески. Конец каната закреплен на корпусе тельфера. Критическая высота подъема груза регулируется ограничителем движения, закрепленным на нижней части корпуса тельфера.

Стрела представляет собой облегченную в целях экономии материала и уменьшения веса сварную конструкцию. Стрела крепится к подвижной колонне, вращающейся вокруг своей оси и закрепленной в опорных узлах.

Поворот крана производится вручную.

Кран крепится к стене с помощью фундаментных болтов.

В данной расчетно-пояснительной записке содержатся основные расчеты для проектирования составных частей, металлоконструкции и непосредственно сборки консольного полноповоротного крана.

2. Содержание:

1. Введение……………………………………………………………….......................2

2. Содержание…………………………………………………………......................…3

3. Механизм подъема (тельфер)……………………………………....................….4

3.1. Двигателя.

3.2 Канат.

3.3 Барабан.

3.4 Передаточное отношение привода.

3.5 Редуктор.

3.6. Расчет тормоза.

3.7 Расчет болтового соединения.

4. Расчет металлоконструкции………………………………….......................…..10

6.1. Определение основных размеров.

6.2. Проверка статического прогиба.

6.3. Определение веса.

6.4. Проверка времени затухания колебаний.

6.5. Проверка прочности.

6.6. Расчет сварных соединений.

5. Расчет опорных узлов...............………………………………....................…... 14

5.1. Расчет крепежа опорных узлов.

5.2. Напряжения в стыках, сила затяжки.

5.3. Расчет подшипников опорных узлов.

6. Расчет механизма передвижения груза……………….…… ..................... …18

6.1. Схема механизма.

6.2 Колеса.

6.3 Сопротивление передвижению.

6.4. Двигатель.

6.5. Редуктор.

6.6. Расчет шпоночных соединений редуктора.

7. Расчет открытой зубчатой передачи…….… ……………….................……..22

8. Список литературы.................…………………………………..................……..25

3. Механизм подъема (тельфер).

3.1 Двигатель.

Мощность (кВт) при подъеме номинального груза весом F_Q (Н) с установившейся скоростью V_п (м/мин)  статическая мощность

, где

G_захв=0,03F_Q — вес захватывающего органа,

F_Q – грузоподъемность,

V_п — скорость подъема,

 — КПД редуктора.

Предварительно значения коэффициентов полезного действия принимают 0,9 при зубчатом редукторе.

P_ст= кВт

Выбираем двигатель серии 4АС (трехфазные, асинхронные повышенного скольжения). Синхронная частота n_с=1000 мин^-1  наиболее рациональная и предпочтительная.

По каталогу выбираем двигатель 4АС112МА6У3 с Р_н=3,2 кВт (ПВ=25) и n_н=910 мин^-1.

3.2.Канат.

Наибольшая сила натяжения в канате

, где

а — кратность полиспаста,

m — число полиспастов,

_п — КПД полиспаста.

Тип каната выбирают по ГОСТ 2688-80.Рекомендуемый предел прочности материала проволок _В=1600…1800 Н/мм².

Выбор размера каната, т.е. его диаметра d_кан , проводят по разрушающей нагрузке. Разрушающая нагрузка каната должна удовлетворять условию F_разр  KF_max. Коэффициент запаса прочности К=5,5 в соответствии с режимом работы.

= 55300=26500 Н.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-РО по ГОСТ 7668-80:

D_кан=7,4мм; F_разр=30 кН; группа 1862(190).

3.3.Барабан.

3.3.1 Расчет основных размеров.

Диаметр барабана по дну канавки ,где

=d_К — толщина стенки барабана.

Длина барабана L_бар= l_н+ l_p+l_раз+l_кр= p(z_p+6), где

l_н=1,5p  расстояние до начала нарезки;

l_p=z_pp  длина рабочей части барабана;

z_p=  число рабочих витков; H  высота подъема;

l_раз=z_разp=1,5p  длина части барабана, на которой размещаются разгружающие витки;

l_кр=z_крp=3p  длина части барабана, на которой размещается крепление каната;

p=(1,1…1,2)d_кан  шаг нарезки.

Принимаем шаг нарезки p=1,15d_кан8,5 мм;

z_p= мм.

Тогда L_бар=120мм.

3.3.2 Прочность барабана.

Напряжениями изгиба и кручения в стенке барабана можно пренебречь. Напряжения сжатия в стенке барабана

.

Для стального барабана [_сж]=110Н/мм²

d_кан=7,4мм

p=(1.1…..1,2)d_кан=8,5

_сж= 110

3.4 Передаточное отношение привода.

Частота вращения барабана, мин^-1

= мин^-1

Необходимое передаточное отношение привода

.

i= .

Принимаем передаточное отношение 30.

Фактическая скорость подъема

= 10.

Утверждаем i =30.

3.5.Редуктор.

Момент на барабане:

, где

m — число наматываемых на барабане.

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора.

_бар — КПД барабана,

_м — КПД барабана.

По вышеполученным данным при помощи ЭВМ рассчитаем планетарный редуктор с тремя центральными колесами по схеме 3К.

3.6.Тормоз.

Конструкция тормоза дискового типа обладает рядом преимуществ по сравнению с колодочным — легко встраиваемая, обладает плавностью в работе, более долговечен.

3.6.1 Определение требуемого момента тормоза.

Грузовой момент на валу тормозного шкива

Требуемый момент при торможении

, где

k_торм — коэффициент запаса торможения

Для режима работы 2М k_торм=1,6

3.6.2 Определение размера фрикционной накладки.

Внутренний радиус:

, где R_Н — наружный радиус, выбирается конструктивно.

При

Расчет усилия в пружине:

, где

f – коэффициент трения, при работе всухую f=0,42

R_ср — средний радиус фрикционного диска,

i – число пар поверхностей трения

3.6.3 Давление на рабочих поверхностях фрикционных обкладок.

Начальный суммарный осевой зазор:

Наибольший размер:

3.6.4 Расчет электромагнита.

Диаметральными размерами катушки и корпуса магнита задаемся исходя из конструктивных особенностей.

Площадь воздушного зазора А_заз

Индукция электромагнитного поля:

, где

— диэлектрическая проницаемость.

Напряженность магнитного поля воздушного зазора:

Необходимое количество ампервитков катушки:

Площадь поперечного сечения катушки:

Длина катушки:

3.6.5 Конструирование пружины тормоза.

Исходными данными для расчета являются: жесткость пружины (с=8).

D_пр принимаем 80 мм;

Напряжение в пружине:

k – коэффициент кривизны.

Допускаемое напряжение кручения .

Осадка одного витка пружины под действием силы F_пр:

, где — модуль упругости второго рода.

Шаг витков пружины t:

Число рабочих витков:

, где

Свободная длина пружины.

Рабочая длина пружины при полном использовании номинального момента тормоза.

мм

3.7 Расчет болтового соединения.

Расчет болтов крепления барабана к фланцу, выходное звено редуктора.

Болт 5.8

Болты с зазором, затяжка не контролируется , количество болтов , .

Сдвигающая сила: , где

М — момент на фланце

l – плечо действия силы

Сила трения в стыке:

k_Hc – коэффициент запаса по несдвигаемости.

Сила затяжки болта из условия несдвигаемость:

, где

f_ст — коэффициент трения в стыке.

Н

Напряжения в болте от F_зат: