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 настенного поворотного крана

Студент ( Сидоров Н.С. ) Группа МТ10-72

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта ( Зворыкин В.П.)

(фамилия, инициалы)

1. Механизм подъема………………………………………………………..3

   1. Выбор электродвигателя.

   2. Выбор каната.

   3. Выбор барабана.

   4. Выбор редуктора.

   5. Выбор тормоза.

2. Механизм поворота……………………………………………………….8

   1. Нагрузка на опорные узлы.

   2. сопротивление повороту.

   3. Расчет подшипников опорных узлов.

3. Расчет металлоконструкции…………………………………………….10

   1. Определение основных размеров.

   2. Проверка статического прогиба.

   3. Определение веса.

   4. Проверка времени затухания колебаний.

   5. Проверка прочности.

4. Расчет соединений………………………………………………………16

   1. Шпоночные соединения.

   2. Расчет болтового соединения.

Список литературы…………………………………………………………20

1.Механизм подъема.

Исходные данные для расчета:

Грузоподъемность F_Q = 6.3 кН;

Скорость подъема V_п = 10 м/мин;

Скорость передвижения V_пов = 1 об/мин;

Высота подъема H = 3.2 м;

Вылет стрелы L_max = 2.5 м;

1.1. Выбор электродвигателя.

Из технического задания имеем исходные данные:

m=2;

a=2;

Определим кпд полиспаста:

_ред=0,85;

_муфты=0,99;

_блока=0,98;

отсюда

_пол=((1+_бл)/2) *_бл =((1+0,98)/2)*0,98=0,97;

Кпд привода

_пр=_ред_муфты_пол_блока =0,85*0,99*0,97*0,98=0,8;

Вес крюка:

G_кр=0,03Q=0,03*6300=189Н;

Статическая мощность:

P_стат=(Q+G_кр)*V/(60_пр)=(6300+189)*10/(60*0,8)=1351Вт;

Зная статическую мощность предварительно подбираем электродвигатель из условия

Р_эд=Р_нР_стат и n₀=900мин^-1 4АС80L6У3 .

Параметры электродвигателя:

Р_Н=1.7кВт(с учетом ПВ=25%);

n_Н=900мин^-1;

1.2. Выбор каната.

Наибольшее усилие, нагружающее канат:

F_max=(Q+G_кр)/(am_пол)=(6300+189)/2*2*0,97=1672Н;

Разрывное усилие на канат:

F_max^ГОСТ=F_maxk=1672*5.5=9196Н;

где к=5.5 для режима 4М.

Из [2] определяем типоразмер каната из условия _вр>1800МПа:

ЛК-Р ГОСТ7668-80.

Из таблицы следует, что d=4.1, но из условия того, что минимально принятый d=5.1 следует:

Характеристики каната: d= 5.1мм, F_раз=15 кН

1.3. Выбор барабана.

Предварительно определим диаметр барабана:

D_барd_кан(e-1)=5.1(18-1)=86.7мм;

где е=18 для режима 4М.

Из ряда предпочтительных чисел Ra20 принимаем D_бар=100 мм

Число рабочих витков барабана:

z=a*(H*1000)/(*(D_бар+d_кан))=2*3,2*1000/((100+5,1))=19,4

принимаем z=19;

Толщина стенки для чугуна (СЧ15): =8мм

Шаг нарезки Р для барабана (по канату) Р=(1.1…1.2) d_кан=1.25,1=6,12мм

Принимаем р=6

Длина барабана:

L_бар=p(z+6)=6(19+6)=150 мм;

т.к. крепление к валу редуктора консольное необходимо обеспечить условие

D_бар /L_бар 1,5

100/150=0.67 (условие выполняется);

Но т.к. L_бар в 1,5 раза больше D_бар, то придется конструировать дополнительные опоры на барабан. Чтобы избежать этого, волевым путем увеличиваем D_бар=140 мм, и уменьшаем L_бар=110 мм Из ряда предпочтительных чисел Ra20 подбираем окончательные диаметр и длину барабана D_бар=140 мм, L_бар=110 мм.

Рисунок 1

Схема консольного расположения коротких барабанов.

Прочность барабана

Напряжение сжатия в стенке барабана (напряжениями изгиба и кручения пренебрегаем)

_см=F_max/*P=1672/8*6=34.8Мпа

_см130Мпа –допускаемое напряжение для чугуна СЧ15

_см  _см - условие выполняется

Частота вращения барабана:

n_вых=a*V*1000/((*(D_бар+d_кан))=2*3,2*1000/((140+5,1))=15 мин^-1;

Отсюда найдем предварительное передаточное отношение:

i=n_эд/n_вых=900/15=60;

Из стандартного ряда чисел подбираем передаточное отношение:

i=63;

Момент на барабане:

Т_бар=F_max(D_бар+d_кан)m/2=1672*(140+5,1)*2/2=243Н*м.

1.4. Выбор редуктора.

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора

T_max=243/0,8=304Нмм

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*304=243 Нм

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

1.5. Выбор тормоза.

Тип тормоза для режима 3М 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+)

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=((6300+189)*(140+5,1)*10^-3/2*2*63)*0,9075=3,73

Т_т  Т_грk_торм=3,732=7,46 Нм

Выбираем с Т_т= Н м

Проектирование и расчет металлоконструкции.

Исходные данные к расчёту:

- грузоподъемность Q=6300 Н;

- вылет стрелы L=2500 мм;

- вес механизма подъема G_мпод=0.15Q=945 Н;

- высота подъема H=3200 мм;

Длину стрелы берем с чертежа:

L_стр=2700мм

Выбор основных размеров:

Сечение балки выбираем коробчатого типа с отношением высоты сечения к ширине как 2:1 (см. рис.). Рассчитываем параметры согласно рекомендациям источника (L=2500 мм,

Q=6300 Н).

Высота сечения:

h=356мм

Окончательно назначаем:

h=360мм

Ширина сечения:

b=0.5h

b=180мм

Толщина стенки:

δ_ст=(1/160…1/100)*h=2.25....3.6мм

Окончательно назначаем δ_ст=3мм

Толщины верхнего и нижнего поясов: мм мм

Моменты инерции сечения относительно главных осей:

_Jx=5.7*10⁷_мм⁴

_Jy=1.9*10⁴_мм⁴

Моменты сопротивления изгибу относительно главных осей:

_Wx=3,2*10⁵_мм⁴

_Wy=1,1*10⁵_мм⁴

Определение веса стрелы.

Вес стрелы определяем по эмпирической формуле(L_стр=2700 мм,

Q=6300 Н, L=2500мм)

G_стр=2*10^-6*L*L_стр* =1071 H

Назначаем сечение балки постоянным, тогда координата центра тяжести стрелы:

X_стр=0,5*L_стр=1350 мм

Проверка статического прогиба.

Определяем реакции в опорах, учитывая, что верхняя опора воспринимает только радиальную нагрузку:

Из уравнения моментов относительно верхней опоры(Gмпод=945 Н)

R₂=1.4*10⁴ H

R₁=5500 H

Строим эпюры моментов от внешних нагрузок:

M₁=(1.03*Q+G_мпод)*0.4*L=7.4*10⁶ H*мм

M₂=R1*X_стр=8,5*10⁶ H*мм

Строим эпюры моментов от единичной нагрузки определив радиальные реакции(L=2500мм)

R₂₂=L/0.6*L=1.667 H

R₁₁=R₂₂-1=0.667 H

M₂₂=0.6*L*R₁₁=1000 H*мм

Допускаемый прогиб: (f_ст)=L/400=6.25мм

Фактический прогиб (E=2*10⁵ МПа, J_x=5.7*10⁷ мм4, M₂=7.3*10⁶ H*мм):

f_ст=0,21мм

Условие выполняется: Прогиб меньше допустимого.

Проверка прочности:

Допускаемые напряжения:

σ_изг=140 Н/мм2

Напряжения изгиба в стреле(сжатием и кручением пренебрегаем):

M₂=7.3*10⁶ H*мм

_Wx=3,2*10⁵_мм⁴

_Wy=1,1*10⁵_мм⁴

По оси X:

σ_изгx=M₂/W_x=22.8 МПа

По оси Y:

σ_изгy=0,1*M₂/W_y=6.63 МПа

σ_изг= σ_изгx+σ_изгy=22.8+6.63=29.43 МПа

29.43 МПа<140 МПа

.

Проектирование и расчёт механизма поворота:

Исходные данные к расчёту:

- грузоподъемность Q=6300 Н;

- вылет стрелы L=2500 мм;

- вес механизма подъема Gмпод=945 Н;

- вес стрелы Gстр=1071 Н;

- координата центра тяжести стрелы ;

- частота вращения стрелы крана n=1 об/мин ;

Нагрузки:

R1=5500 H

R2=1.4*10⁴

При этом нагрузка на каждое колесо составит:

Fкол=R1/3=1833 H

Расчёт ходовых и опорных колес:

Предварительный диаметр колеса, при условии точечного контакта(Fкол=1833 H)

Dкол=1,7* =72,7 мм

Окончательно принимаем Dкол=80 мм

Назначаем стандартное колесо

Ширина колеса

bкол=(0,4…0,6)*D/2=19...28.5 мм

Назначаем стандартное колесо

b=22.5 мм

Скорость движения колес(L=2500 мм):

Vкол=2*π*n(0.6*L)/1000=9.42 м/мин

Частота вращения колес:

n_кол=Vкол*1000/Dкол*π=37,5 об/мин

Контактные напряжения при точечном котакте:

H/мм

здесь - для стальных колес, - эквивалентная нагрузка, - коэффициент бочкообразности;

эквивалентная нагрузка определяется выражением:

здесь - коэффициент эквивалентности, - скоростной коэффициент;