Выбираем минимальную полную длину шпонки L=27мм по ГОСТ23360-78.

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

l_ст=L+8…10мм=22+9=36мм.

2.8Рассчёт болтового соединения крепления барабана.

Соединение воспринимает нагрузку от осевой силы и вращающего момента.

Суммарная сила в соединении:

Н
еобходимая сила затяжки из условия несдвигаемости:

У
словие прочности винта имеет вид:

Д
опускаемое напряжение для рассчёта винта класса прочности 5.8:

Н
еобходимый диаметр винта:

По найденной площади сечения винта определим его диаметр.

В
ыбираем винт М12, его диаметр d₁ = 10.106мм.

2.9Рассчёт подшипников барабана.

2.9.1 Рассчётная схема.

F_t =5508 Н; F_r = 2172 Н; F_а =103 Н; F_tБ = 10000 Н; L = 264мм; l = 62мм.

Определяем реакции опор в плоскости XOZ

M_А = 0

F_r * l + F_a * D_к/2 - Rx_Б * L = 0

Rx_Б = (F_r * l + F_a * D_к/2)/L = (2172*62 +103*243/2)/264 = 558H

M_Б = 0

F_r * (l+L) + F_a * D_к/2 - Rx_А * L = 0

Rx_А = (F_r * (l+L) + F_a * D_к/2)/L = (2172*326 +103*243/2)/264 = 2729H

Определяем реакции опор в плоскости YOZ

M_А = 0

- Ry_Б * L - Ft * l = 0

Ry_Б = Ft * l / L =5508 * 62 /264 =1356 Н

M_Б = 0

- Ry_А * L - Ft * (l+L) = 0

Ry_А = Ft * (l+L) / L =5508 *326 / 264 = 6801 Н

Т огда суммарные реакции в опорах:

Суммарные реакции опор, с учётом нагрузки от барабана:

R_A = R_A + R_АБ = 5535 + 5000 =12329 Н

R_Б = R_Б + R_ББ = 1466 +5000 = 6466 Н

2.9.2Подбор подшипников

Исходные данные для расчёта:

Частота вращения барабана	n1	29.5	мин-1
Требуемая долговечность подшипников	L10h	8000	ч
Реакция в опоре А	RA	12329	Н
Реакция в опоре Б	RБ	6466	Н

Предварительно выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный 0214.

С_r = 61.8 кН; С_0r = 37.5 кН; К_Б = 1.3; К_Т = 1; V = 1.

Для опоры А: X = 1, Y = 0.

Для опоры Б: R_aБ / С_0r =103 /14600 = 0.007

X = 0.56, Y = 2.1, e = 0.21

R_aБ / R_rБ < e  X = 1, Y = 0

Эквивалентная динамическая нагрузка:

R_EA = V * X * R_r * К_Б * К_Т = 1 * 1 *12329 * 1.3 * 1 = 16028 H

R_EБ = V * X * R_r * К_Б * К_Т = 1 * 1 *6466 * 1.3 * 1 =8406 H

Для наиболее нагруженной опоры А, расчётная долговечность:

В
ыбранные подшипники удовлетворяют требованиям.

3Металлоконструкция.

3.1Выбор основных размеров.

Высота балки:

Высота балки по условиям жесткости:

h=L/25=3000/25=120мм

Принимаем стандартный швеллер №16 ГОСТ8240-89 Для удобства размешения подвода силового кабеля и размещения катков тележки механизма передвижения.

Для него: b=64мм, S=5.0мм, t=8.4мм, А=1810мм²

Ширина скчения стрелы: b=0.5h=0.5*160=80мм

Масса 1 погонного метра швеллера 14.2кг

Определение веса металлоконструкции:

Материал стрелы – Ст3. Удельные вес стали =78.5 * 10^-6 Н/мм³

Для определения веса стрелы, необходимо подсчитать вес швеллеров и массу приваренных пластин.

3.2Определение веса металлоконструкции.

Материал стрелы – Ст3. Удельные вес стали =78.5 * 10^-6 Н/мм³

Обьем приваренных пластин:

г
де n-количество пластин

Вес пластин:

G_пл. = V *  =4.2*10⁵ * 78.5 * 10^-6 =33 H

Вес металлоконструкции:

G^/_мк=2*(1м,кг*3)+G_пл=2*(14.2*3)+3.3 =885Н

Полученное значение увеличим на 10%, учитывая таким образом массу сварных швов.

G_мк. = G^/*0.1 + G^/=885*0.1 +885=973 H

3.3Проверка статического прогиба.

Определим координаты центра тяжести сечения стрелы:

т.к. сечение имеет симметричную форму

y₀= t₁/2 + h/2=10/2 + 160/2 = 85мм

I = 2*

=2*

= 35 * 10⁶мм⁴

Прогиб стрелы не должен превышать допустимый прогиб. Для данного типа крана допустимый прогиб - [f_cт] = L / 400 = 3000 / 400 = 7.5 мм

Прогиб:

f_ст=

Прогиб меньше допустимого.

Формула взята стандартная для нашей расчетной схемы из книги 6 списка литературы.

3.4 Проверка прочности.

Допускаемое нормальное напряжение [] = 140 МПа

Допускаемое касательное напряжения для сварных швов:

[] = 0,6[]= 0,6 * 140 = 84 МПа

Напряжение изгиба в вертикальной плоскости:

М

омент сопротивления изгибу:

Момент в вертикальной плоскости равен:

Н

апряжение изгиба:

Напряжение изгиба в горизонтальной плоскости.

Момент инерции сечения:

М
омент сопротивления изгибу:

Момент в горизонтальной плоскости равен:

Н
изгиб

Напряжение изгиба:

Н
аибольшее нормальное напряжение в стреле:

 = _в + _г =9.1 +8.2 = 99,2 МПа  [] = 140МПа

Следовательно стрела с приведёнными выше геометрическими размерами обладает достаточной прочностью.

3.4Расчет подшипников опорного узла.

Схема нагрузки балки силами:

3.4.1П
одбор подшипников.

Выбираем роликовые конические однорядные с повышенной грузоподъёмностью.

Подшипник 7210А. d = 50, С_r = 70400H, C_0r =55000H.

e = 0.43, Y = 1.4, Y₀ = 0.8.

Определяем эквивалентную статическую нагрузку. Подшипники рассчитываем по статической грузоподъёмности, так как скорость вращения менее 10 об/мин.

P₀ = X₀F_r + Y₀F_a (F_a = R_А ) F_r=0

P₀= 1.04*6505 =6765H

Y₀ = 0.22 ctg12=1.04

P₀  C_or

Выбранные подшипники удовлетворяют требованиям.

Значения моментов в точках В и С

М= Q*0.4L = 10000*0.4*3000 = 12*10⁶Нмм

М= Q*0.5L –R_В*0.1L = 10000*0.5*3000 – 18288*0.1*3000= 12.2*10⁶Нмм

3.5Рассчёт соединения стрелы крана с опорным узлом.

3.5.1Рассчёт оси на смятие.

Расчет оси на смятие.[_см]

_см = МПа

_см  _см=0.4_т=96Мпа

3.5.2Рассчёт оси на срез.

П
ринимаем [_ср] = 0,3_т = 0.3 * 240 = 72МПа

О
сь отвечает необходимым требованиям по прочности.

3.6Рассчёт болтового соединения крепления крана к стене.

3.6.1Рассчет соединения.

Необходимая сила затяжки болта из условия несдвигаемости:

г
де K_cц – коэффициент запаса сцепления;

z – число болтов; f – коэффициент трения для стыка металл – бетон;

i – чило рабочих стыков.

Необходимая сила затяжки болта из условия не раскрытия стыка: _{min ст}>0

_{min ст} = _зат - _м

Напряжение на стыке от затяжки болтов:

Н
апряжение на стыке от действия момента:

г
де  - коэффициент основной нагрузки.

М₁=R_А*l₁ =6505*160= 1.07*10⁶Нмм

Wx_cт=

Wx_cт=2* 6.5*10⁵мм³

Вводя коэффициент запаса по не раскрытию стыка, получим:

П
ринимаем силу затяжки болта F_зат = 3317 Н, большую из двух необходимых.

Условие прочности болта имеет вид:

г
де А₁ – площадь болта по диаметру d₁;

Суммарная внешняя нагрузка приходящаяся на один болт:

Н
еобходимый диаметр болта из засчёта необходимой площади:

г
де []_p = _т / S_т – допускаемое напряжение для расчёта на растяжение;

_т = 320 – предел текучести материала болта, для болтов класса прочности 4.8

S_т = 4 – коэффициент запаса прочности, для болтов с d < 30мм.

П
о результатам расчеты выбираем болт М16, т.к. у него d₁ = 14,294

3.6.2Проверка на прочность бетонного основания.

_{max ст} = _зат + _м  []_см

г
де []_см = 1.8 МПа – допустимое для бетона напряжение смятия.

Бетонное основание достаточно прочное.

Список литературы:

1. Л. П. Варламова, В. П. Тибанов. Детали машин. Соединения.

— МГТУ им. Н. Э. Баумана 1999.

2. Детали машин. Атлас конструкций. — М., Машиностроение, 1979.

3. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Детали машин. Курсовое проектирование.

— М.: Высшая школа, 1990.

4. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин.

— М.: Высшая школа, 1985.

5. Решетов Д. Н. Детали машин. — М.: Машиностроение, 1989.

6. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. М., Машиностроение, 1993г, 639с

0