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 полноповоротного крана на колонне

Студент ( Рощупкин А.А. ) Группа МТ7-71

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта ( Попов П.К. ) Дата:

(фамилия, инициалы)

МОСКВА, 2003 г.

1. Введение.

В данной работе проектируется полноповоротный кран с постоянным вылетом, который состоит из механизма подъема, механизма поворота, металлоконструкции.

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

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.

Технические требования:

Типовой режим работы – 4М;

Электропитание от сети переменного 3-х фазного тока с частотой 50 Гц и напряжением 380 (220) В;

Необходимо разработать:

Общий вид крана;

Механизм подъема;

Механизм поворота;

Металлоконструкцию;

Спецификации и расчетно-пояснительную записку.

2. Содержание:

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

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

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

3.1. Схемы и полиспасты.

3.2 Двигатель.

3.3 Канат.

3.4 Барабан.

3.5 Прочность барабана.

3.6. Передаточное отношение привода.

1. Редуктор.

2. Тормоз.

3. Выбор муфты.

4. Блоки.

5. Крюковая подвеска.

4. Металлоконструкция.................………………………………....................…... 11

4.1. Определение основных размеров.

4.2. Проверка статического прогиба.

4.3. Определение веса металлоконструкции.

4.4. Проверка времени затухания колебаний.

4.5. Проверка прочности.

5. Механизм поворота.................………………………………................………. 15

5.1. Вес поворотной части.

5.2. Нагрузка на опоры.

5.3. Выбор электродвигателя.

5.4. Редуктор.

5.5. Расчет на нагрев.

5.6. Тормоз.

5.7. Предохранительная муфта.

5.8. Упругая муфта.

5.9. Расчет подшипников тихоходного вала редуктора.

6. Расчет фундаментных болтов……………………………………………………..21

1. Расчет подшипников опорных узлов………………………………...………..23

8. Список литературы.................…………………………………................……..26

3.Расчёт механизма подъёма.

Исходные данные для расчета:

Грузоподъемность F_Q = 3.2 кН;

Скорость подъема V_п = 8 м/мин;

Частота врвщения V_пов = 2.5 об/мин;

Высота подъема H = 3.5 м;

Вылет стрелы L_max = 3 м;

Машинное время работы t_ = 4000ч.

Режим работы 4М

3.1.Схемы и полиспасты.

Т.к. механизм подъема расположен на стреле, рациональной является двухбарабанная схема с червячным редуктором при сдвоенном полиспасте(m=2).

КПД полиспаста и отклоняющих блоков

_п= , где =_бл=0,97  КПД блока; а=1  кратность полиспаста; t=1  число; m=2  число полиспастов на КПД не влияет.

3.2.Двигатель.

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

, где G_захв=0,03F_{Q .}

Предварительно значения коэффициентов полезного действия принимают 0,9

G_захв = 0,033200 = 96Н

P_ст= кВт

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

По каталогу выбираем двигатель 4АС90L6У3 с Р_н=1.8 кВт (ПВ = 25) и n = 900 мин^-1.

3.3.Канат.

Наибольшая сила натяжения в канате

.

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.

F_разр  5,51700 = 9345 Н.

Выбран канат двойной свивки типа ЛК-Р по ГОСТу 2688-80:

D_кан=5,1мм; F_разр=15 кН; группа 1764(180).

3.4.Барабан.

Диаметр барабана по дну канавки D_бар  d_кан(e-1), где е=18 – коэффициент, принятый в зависимости от режима работы и типа крана.

D_бар=5,1(18-1) = 86.7 мм.

Принимаем диаметр барабана по стандартному ряду чисел Ra40 D_бар=120мм.

Т.к. применен сдвоенный полиспаст, с двумя барабанами, то размеры каждого из них и их взаимное положение определяют исходя из условия непривышения допустимого угла (3) между осью каната и касательной к оси винтовой канавки.

Длина барабана L_бар= l_н+ l_p+l_раз+l_кр= p(z_p+6), где l_н=1,5p = 8.7 мм  расстояние до начала нарезки; l_p= z_pp = 52.2 мм  длина рабочей части барабана;

z_p=  число рабочих витков;

H  высота подъема;

l_раз = z_разp = 1,5p = 8.7мм  длина части барабана, на которой размещаются разгружающие витки; l_кр = z_кр p=3p =17.4 мм  длина части барабана, на которой размещается крепление каната; p=(1,1…1,2) d_кан  шаг нарезки.

Принимаем шаг нарезки p=1,15d_кан5.8мм;

z_p= .

Тогда L_бар = p(z_p+6) = 5.8(9 + 6) = 87мм, но по стандартному ряду чисел принимаем длину барабана 130мм.

3.5 Прочность барабана.

Напряжениями изгиба и кручения в стенке барабана можно пренебречь.

Напряжения сжатия в стенке барабана

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

примем толщину стенки барабана 8мм

_сж= 110

3.6.Передаточное отношение привода.

Частота вращения барабана, мин^-1

.

Необходимое передаточное отношение привода

n_бар= мин^-1

i= =

Принимаем по Ra20 передаточное отношение 40

Фактическая скорость подъема

Фактическая скорость отличается от номинальной скорости подьема меньше 10%, утверждаем i = 40 по Ra20.

3.7.Редуктор.

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора

T_max=

Момент на барабане, Нм

Нм

T_max= Нм

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182.3 = 146 Нм

Выбираем редуктор по ГОСТу 21164-75 типа Ч-80 с передаточным числом 40 и

Т = 222Нм. Допустимая радиальная нагрузка на вал F_ном = 4000Н

Коэффициент долговечности для червячных и глобоидных редукторов:

- для t_ = 4000ч и режима работы 4М

Так как на тихоходном валу размещены 2 барабана, то можно записать:

где F_мах – наибольшая сила натяжения каната на барабане.

- условие выполняется, оставляем выбранный редуктор.

3.8.Тормоз.

Тип тормоза для режима 4М - 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+ )2- )

КПД при подъеме

=_п_бар_м²_ред

=0,70,970,99=0,67

_ч=0,9(1- ) = 0,648

_обр=0,5(1+ )(2- )=0,465

Т_гр=

Т_т  Т_грk_торм = 4.332 = 8.7 Нм

Выбираем ТКП100 с Т_т=20 Н м

3.9 Выбор муфты.

Тормоз установлен между двигателем и редуктором, поэтому тормозной шкив выполняется на редукторной полумуфте.

Нормализованную муфту выбираем в соответствии с условиями

; ,

где d- диаметр вала; -наибольший допустимый диаметр отверстия в полумуфте или втулке; - номинальный момент муфты ( по каталогу); - наибольший момент, передаваемый муфтой.

Упругие элементы проверяют на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами

где Т_к – вращающий момент,Нм; d_п-диаметр пальца,мм; l_вт-длина упругого элемента,мм

Пальцы муфты изготавливают из стали 45 и рассчитывают на изгиб:

Допускаемые напряжения изгиба , где _т-предел текучести материала пальца,МПа; Зазор между полумуфтами С=3…5мм

Из атласа по ПТМ выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом D_t=100мм с пальцами d=10мм выдерживающими нагрузку до 31.5Нм.

3.10 Блоки.