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

полноповоротного крана на колонне

Студент ( Гребченко К. ) Группа МТ13-71

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта ( Пучкова Л.М. )

(фамилия, инициалы)

МОСКВА, 2002 г.

1. Введение.

В данной работе проектируется полноповоротный кран с переменным вылетом.

Основными частями крана являются стрела и 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, цилиндрического 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 в данном курсовом проекте не проектировался.

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 колонне, вращающейся вокруг своей оси.

Поворот крана производится вручную.

Кран крепится к полу с помощью фундаментных болтов.

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

2. Содержание:

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

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

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

3.1. Мощность двигателя.

3.2 Выбор канат.

3.3 Определение размеров барабана.

3.4 Передаточное отношение привода.

3.5 Расчет дискового тормоза.

3.6. Расчет пружины.

1. Расчет электромагнита.

2. Выбор крюка.

4. Расчет соединений………….………………………………….......................…...8

4.1. Соединение ротора с валом электродвигателя.

4.2. Соединение вала двигателя с валом редуктора.

4.3. Соединение втулки тормоза с валом электродвигателя.

4.4. Соединение колеса быстроходной ступени.

4.5. расчет болтового соединения барабана.

4.6. Расчет подшипников барабана.

4.7. Расчет винтов крепления каната.

5. Металлоконструкция.................………………………………....................…... 15

5.1. Определение основных размеров.

5.2. Проверка статического прогиба.

5.3. Определение веса металлоконструкции.

5.4. Проверка времени затухания колебаний.

5.5. Проверка прочности.

5.6. Расчет фундаментных болтов.

6. Список литературы.................…………………………………..................……..22

3.Расчёт механизма подъёма.

3.1. Мощность двигателя.

С учётом ПВ=25% выбираем встраиваемый асинхронный двигатель 4АВ90L6У3.

P_дв =1.7 квт

n_дв = 920 мин^-1

3.2. Выбор каната.

Наибольшая сила натяжения в канате:

a = 2, m = 1 – двухкратный одинарный полиспаст;

Рекомендуемый предел прочности материала проволок _в = 1800 Н/м²;

Разрушающая сила каната F_разр  K  F_max  6 4250 =25500 Н;

Выбираем канат ЛК-РО ГОСТ7668-80, d = 6.7 мм, F_разр =26 кН;

3.3. Определение размеров барабана.

Диаметр барабана:

D_б = d₃₀ + 2.4d_кан + 6 = 149 + 2.4 *6.7 + 6 = 175 мм

Шаг нарезки:

p = 1.2d_к = 1.2 *6.7 =8 мм

Число рабочих витков:

Д
лина барабана:

L_б = p(z_р + 6) =8(17 + 6) =108 мм

Материал барабана Ст3. Толщина стенки  = 10 мм.

Прочность барабана:

О кончательно принимаем толщину стенки барабана  =10 мм.

3.4.Передаточное отношение привода.

Частота вращения барабана.

П
ередаточное отношение редуктора.

Крутящий момент на барабане

Нм

где F_max - наибольшее натяжение в канате,

m - число канатов, наматываемых на барабан (число полиспастов)

Наибольший крутящий момент на тихоходном валу редуктора.

П
о следующим данным делаем рассчёт двухступенчатого соосного зубчатого редуктора на ЭВМ.

Вращающий момент на тихоходном валу 791 Нм

Частота вращения тихоходного вала 33.9 об/мин

Ресурс 8000 час

Режим нагружения 3М

Передаточное отношение механизма 26.56

Данные полученные в результате проектного рассчёта редуктора представлены в распечатке:

3.5. Расчёт дискового тормоза.

Из – за своей компактности, для электроталей часто используют дисковые тормоза.

Необходимый момент тормоза

Момент от груза на валу тормозного шкива:

Требуемый момент тормоза, с учётом режима нагружения:

3
.6. Расчет пружины.

Сила пружины:

R
=0,5(R_H+R_B)=0,5(130+56)=93мм — средний радиус поверхности трения

i = 1 - число пар поверхностей трения .

f = 0,42 - коэффициент трения при работе всухую.

Давление на рабочих поверхностях фрикционных обкладок:

Д
опускаемое давление [p] при работе всухую 0,20МПа .

Начальный суммарный осевой зазор между трущимися поверхностями:

_нач=0,3+0,1i = 0,3+0,1 1=0,4мм.

Наибольший зазор _max = _нач.

При достижении наибольшего зазора осуществляется автоматическая регулировка зазора до начального значения.

Индекс пружины с =D_пр / d = 30 /5 =6 ;

Свободная длина пружины L_св=(1..3) D_пр ;

г
де k = 1+1,5 / c = 1,2 - коэффициент кривизны

Пружину изготавливают горячей навивкой из кремнистой стали марки 60С2А с закалкой до твёрдости HRC=40…45 (d 5мм). Допускаемые напряжения кручения [ ] = 750МПа.

Осадка одного витка пружины под действием силы F_пр:

г
де G =8 10⁴МПа - модуль сдвига.

Шаг витков пружины t= l₁ + 1,1d=8,2 + 1,1 *5 =13.7 мм.

По условию устойчивости свободная длина пружины L_св 6D_пр = 180 мм.

Свободная длина пружины - L_св = zt + d = 13 13.7 + 6 = 183мм

где z - число рабочих витков:

3.7. Расчет электромагнита

Работа кольцевого электромагнита:

_м = _м s_м  1,25 * F_пр * _max = 1,25 *1904 * 0,4 = 952Нм

где F_м - тяговая сила магнита;

s_м - ход якоря.

Площадь воздушного зазора между корпусом электромагнита и якорем:

Индукция электромагнитного поля в воздушном зазоре:

где = 4 10^-7Гн/м - магнитная постоянная.

Напряжённость магнитного поля в воздушном зазоре:

Н
еобходимое количество ампер-витков для создания индукционного потока, А,

I_w = 2 H_o = 2 3.18 0,0004 = 0,0025A

где - наибольшее значение воздушного зазора, м.

Площадь поперечного сечения катушки электромагнита

где 2A/м² - плотность тока;

k 0,5 - коэффициент, учитывающий заполнение проволокой сечения катушки.

Полученную площадь сравнивают с площадью поперечного сечения катушки по предварительному эскизу тормоза и электромагнита

3.8. Выбор крюка.

Для заданной грузоподъёмности выбираем по каталогу однорогий крюк №5.

Грузоподъёмность при режиме эксплуатации 3М – 1 тонну.

4. Расчет соединений.

4.1. Шпоночное соединение ротора с валом электродвигателя.

Пусть втулка выполнена из улучшенной стали 45 , соединение должно передавать

крутящий момент Т=27 Нм.

Диаметр вала из расчета на кручение :

Д
опускаемые касательные напряжения кручения [ ]_кр = 25МПа ( [ ]_кр=25..30МПа). Следовательно, диаметр вала электродвигателя d=36мм подходит, исходя из конструкции двигателя.

Размеры шпонки для диаметра вала d=36мм в соответствии с ГОСТ 23360-78. Ширина шпонки b=10мм , высота шпонки h=8мм.

Глубина врезания шпонки в ступицу:

к=0,47h=0,47 8=3,76мм.

Рабочая длина шпонки l_Р из расчёта по напряжениям смятия:

П
ринимаем допускаемое напряжение смятия [ ]_см=130МПа .

Следовательно, выбираем минимальную полную длину шпонки L=22мм по ГОСТ23360-78.

Длина ступицы для соединения статора с ротором (валом) с помощью шпонки

l_ст=L+8…10мм=22+8=30мм.

4.2. Расчет шлицевого соединения вала двигателя с валом редуктора.

Размеры прямобочных шлицев по ГОСТ6033-88. Ориентируемся на соединения легкой серии. Внутренний диаметр шлицев должен быть больше или близок диаметру вала, полученному из конструктивных соображений. Назначаем соединения 6 22 25 6 (число шлицев z=6, внутренний диаметр d=22мм, наружный диаметр D = 25мм, ширина шлица b=6мм, размер фасок c=0,2мм).

Высота рабочей поверхности шлица h и средний диаметр шлицев d_m:

Д


лина соединения из расчета по напряжениям смятия:

П
ринимаем допускаемые напряжения смятия []_см=60МПа , соединение неподвижное . Тогда

Принимаем длину соединения l =30мм.

4.3. Шлицевое соединение втулки тормоза, с валом электродвигателя.

Пусть колесо выполнено из улучшенной стали 45, соединение должно передавать крутящий момент Т=49Нм.

Определим диаметр вала из расчета на кручение

Д
опускаемые касательные напряжения кручения []_кр принимаем равным 25МПа

([]_кр=25…30МПа).

Следовательно, примем d = 30мм, построенный из конструктивных соображений.

Определим размеры прямобочных шлицев по ГОСТ6033-88. Будем ориентироваться на соединение лёгкой серии. Внутренний диаметр шлицев должен быть больше или близок принятому диаметру вала.

Назначаем соединение 6 15 18 5 (число шлицев z=8, внутренний диаметр d=15мм, наружный диаметр D=18мм, ширина шлица b=5мм, размер фасок с=0,2мм ).

Высота рабочей поверхности шлица h и средний диаметр шлицев d_m: