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

подвесного поворотного крана

Студент Казеннова Е.В. МТ6-71

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта Соболева Л.П.

(фамилия, инициалы)

Москва 2004 год.

Содержание:

Введение

Техническое задание

1. Расчет механизма подъема груза ………………………………………….4

1.1 Двигатель ………………………………………….4

1.2. Канат ……………………………………………………………………4

1.3 Выбор крюка …………………………………………………………….5

1.4 Барабан …………………………………………………………………..5

1.5 Выбор редуктора ………………………………………………………..5

1.6Выбор тормоза……………………………………………………………..7

1.7 Расчет крепления каната к барабану …………………………………..7

1.8 Муфта …………………………………………………………………….8

2. Металлоконструкция…………………………………………………………9

2.1 Выбор основных размеров…………………………………………….…9

2.2 Проверка статического прогиба…………………………………………9

2.3 Проверка прочности……………………………………………………..10

2.4 Расчет подшипников опорного узла………………………………….…11

3. Расчет соединений …………………………………………………………14

3.1 Шпоночные соединения…………………………………………………14

3.2 Расчет соединения стрелы крана с опорным узлом ………………….15

3.3 Расчет болтового соединения……………………………………………16

3.4 Блоки …………………………………………………………………….19

4. Механизм поворота ……………………………………………………...…20

4.1 Исходные данные………………………………………………………..20

4.2 Колеса …………………………………………………………………..20

4.3 Сопротивление передвижению…………………………………………21

4.4 Двигатель ………………………………………………………………..22

4.5 Редуктор………………………………………………………………….23

5. Расчет открытой передачиHH…………………………………………...……24

6. Выбор смазочного материала………………………………………….....27

Список литературы……………………………………………………………...28

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте предлагается разработать консольный неполноповоротный кран с постоянным вылетом, который состоит из механизма подъема, металлоконструкции. Кран крепится к стене.

Консольный неполноповоротный кран применяют для проведения подъемно-транспортных работ в производственных помещениях, цехах и на открытом воздухе при обслуживании технологического оборудования и пр. Управление краном осуществляется с пульта управления на уровне 1,5 м до пола.

Технические требования:

Типовой режим работы – 2М;

1. Механизм подъема

Исходные данные:

Грузоподъемная сила Q=6.3 кН

Скорость подъема V=6.3 м/мин

Высота подъема H=3,0 м

Режим работы 2

Машинное время t_=4000

Рекомендации по выбору полиспаста: стреловые краны и электротали обычно выбирают двукратные (а = 2) одинарные(m = 1) полиспасты. Отклоняющих блоков (t = 3)

1.1Двигатель

m=2;

a=2;

Определим кпд полиспаста:

_ред=0,85;

_муфты=0,99;

_блока=0,98;

отсюда

_пол=((1+_бл)/2) *_бл ³=((1+0,98)/2)*0,98³=0,93;

Кпд привода

_пр=_ред_муфты_пол_блока =0,85*0,99*0,93*0,98=0,77;

Вес крюка:

G_кр=0,03Q=0,03*6300=189Н;

Статическая мощность:

P_стат=(Q+G_кр)*V/(60_пр)=(6300+189)*6.3/(60*0,77)=888Вт;

Зная статическую мощность предварительно подбираем электродвигатель из условия

Выбираем двигатель 4АС80А6У3 Р=1.0 кВт, n=1000 мин^-1

1.2 Канат

Канат выбирают из условия F_разk F_мах, где k-коэффициент запаса прочности (таблица 7), F_раз - разрушающая нагрузка в (Н), F_мах-наибольшая сила натяжения в канате (Н)

F_мах=

Для режима 2М k=5

F_разр 53.488=17.444кН

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

Характеристики каната: d=5.6мм, F_разр=19кН

Канат крепим к барабану прижимными планками.

1.3 Подбор крюка

Крюк выбираем по грузоподъемности = 6.3кН подходит крюк №5 (атлас стр14)

1.4 Барабан

Основные размеры:

D_барd_канe-1) для 2М е=16

D_бар5.616-1) 84мм принимаем D_бар=130мм

Толщина стенки для чугуна (СЧ15): =1.2 d_кан6.8мм принимаем =8мм

Шаг нарезки Р для барабана (по канату) Р=(1.1…1.2) d_кан=1.25.6=6.7мм

Длина барабана:

Длина барабана при одинарном полиспасте (m=1)

Z_p –число рабочих витков

Z_p=

Z_p=12

L_бар=l_н+l_p+ l_разр+l_кр=P (Z_p+6)=5.6(12+6)=108мм

L_бар=110 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

1.5 Выбор редуктора.

Исходя из скорости подъема груза найдем требуемую скорость вращения тихоходного вала редуктора:

n_т= .

Частота вращения выходного вала электродвигателя n_дв=1000мин^-1 отсюда найдем передаточное отношение редуктора:

U=

Принимаем передаточное отношение равным 31.5 и проверяем фактическую скорость подъема груза:

V_ф=

Передаточное отношение 31.5 проходит, т.к. разница в скорости подъема меньше 10%

Номинальный вращающий момент на выходном валу редуктора:

_бар=F_мах Нм

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора

_мах=

Для режима работы 2М примем t_=4000ч ,K_не=0.5(таблица), ПВ=15%

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 = =

Т_НЕ=0,737*243.75=179.64 Нм

Выбираем редуктор типа Ч-100 с передаточным числом 31.5 и Т=417Нм.

Проверка выбранного двигателя:

кВт

Удовлетворяет условию.

1.6 Выбор тормоза.

Тип тормоза для режима 2М ТКП или ТКГ. Необходимый момент тормоза T_m=k_mT_гр.

k_mкоэффициент запаса торможения ; k_m=1.6 для 2М

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=6.981.6=11.17 Нм

Выбираем ТКП100 с Т_т=20 Н м

1.7 Винты для крепления каната на барабане.

Определим силу затяжки винтов:

Н

где z – кол – во болтов.

Принимаем класс прочности винтов 3.6, тогда предел текучести =200МПа. Допустимое напряжение сжатия МПа

Расчётный диаметр винтов:

мм

Окончательно выбираем винты М12.

1.8 Муфта.

Расчет основных характеристик.

Номинальный момент:

Выбираем муфту МУВП

2. Металлоконструкция.

2.1 Выбор основных размеров.

Высота балки:

Высота балки по условиям жесткости:

h=L/25=4000/25=160мм

Принимаем стандартный швеллер №16 ГОСТ8240-89

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

Ширина сечения 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.

Обьем приваренных пластин:

г
де n-количество пластин

Вес пластин:

G_пл. = V *  = 35.54*10⁵ * 78.5 * 10^-6 = 279 H

Вес металлоконструкции:

G^/_мк=2*(1м,кг*4)+G_пл=2*(14.2*4)+27.9 =141.5кг =1415Н

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

G_мк. = G^/*0.1 + G^/=141.5*0.1 +141.5=155кг=1550 H

2.2 Проверка статического прогиба:

Определим координаты центра тяжести сечения стрелы:

т.к. сечение имеет симметричную форму

y₀ = h/2 = 160/2 = 80мм

I = 2*

=2* 52.9 * 10⁶мм⁴

Прогиб стрелы не должен превышать допустимый прогиб. Для данного типа крана допустимый прогиб - [f_cт] = L / 400 = 4000 / 400 = 10 мм

Прогиб:

f_ст=

Прогиб меньше допустимого.

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

2.3 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
апряжение изгиба:

Н
аибольшее нормальное напряжение в стреле: