Проектный расчет привода поворота крана

Венец.dwg

Направление линии зуба
Коэффициент смещения
Нормальный исходный контур
Межосевое расстояние
сопряженного червяка
Уклоны формовочные 3
Радиусы скруглений 4 мм max.
Неуказанные предельные отклонения размеров:
КПДМОК 03.01.06.00.000

Крышка подшипника _ КПДМОК 03.01.05.00.000.dwg

Общий вид _ КПДМОК 03.01.07.00.000 ВО.dwg

Предаточное отношение привода
Входная частота вращения
Крутящий момент на рабочей машине
Технические требования
Привод допускается эксплуатировать с
отклонением от горизонтального
положения на угол до 5
должен быть обеспечен уровень масла
достаточный для смазки зацепления.
Подготовить поверхность к покраске
КПДМОК 03.01.07.00.000

Редуктор мой.dwg

Техническая характеристика
Передаточное число редуктора u = 55.
Крутящий момент на тихоходном
Скорость вращения быстроходного
Технические требования
Редуктор залить маслом: индустриальное
И-Г-А-46 ГОСТ 17479-87.
В подшипниковые узлы при сборке зало-
жить консталин жировой УТ-1
Привод допускается эксплуатировать с
отклонением от горизонтального
положения на угол до 5
должен быть обеспечен уровень масла
достаточный для смазки зацепления.
КПДМОК 03.01.02.00.000

Рама.dwg

Техническая требование
Сварка конструкции: Дуговая сварка
в защитном газе ГОСТ14771-76
КПДМОК 03.01.02.00.000

Вал входной.dwg

Неуказанные предельные отклонения размеров::
КПДМОК 03.01.04.00.000

Вал выходной.dwg

Неуказанные предельные отклонения размеров::
КПДМОК 03.01.05.00.000

Общий вид _ КПДМОК 03.01.07.00.000 ВОв2 .dwg

Пояснительная записка.docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Проектирование механизмов и деталей машин»
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
«Детали машин и основы конструирования»
«Проектный расчет привода поворота крана»
Глава 1. Кинематический расчет привода3
1Подбор электродвигателя3
2Расчет значений крутящих моментов на валах привода6
3Расчет значений частот вращения валов привода6
4Расчет значений угловых скоростей валов привода6
5Расчет значений мощностей на валах привода7
Глава 2. Эскизное проектирование червячного редуктора8
1 Проектирование червячной передачи9
2 Проектный расчет валов13
3 Подбор подшипников качения для валов редуктора13
4 Расчет значений зазоров между внутренними элементами редуктора14
5 Разработка эскизного проекта червячного редуктора14
Глава 3. Подбор соединительной муфты14
Глава 4. Проектирование открытой передачи.15
1 Проектирование открытой передачи.15
1 Проектирование зубчатой передачи15
Глава 5. Проверочные расчеты валов редуктора на усталостную выносливость.20
1 Разработка расчетных схем валов редуктора20
2 Определение значений реактивных сил в опорах валов редуктора.21
3 Определение опасных сечений на валах редуктора27
4 Определение коэффициента запаса усталостной выносливости в опасных сечениях валов редуктора27
Глава 6. Проверочные расчеты подшипников качения валов редуктора по динамической нагрузке29
1 Проверочные расчеты подшипников входного вала29
2 Проверочные расчеты подшипников выходного вала30
Глава 7. Проверочные расчеты соединений “Вал-ступица”32
Глава 8. Проектирование корпуса редуктора и системы смазки33
Список использованной литературы36
Глава 1. Кинематический расчет привода
Цель: определить ресурс приводного устройства подобрать электромотор определить мощность частоту вращения крутящие моменты и угловые скорости на всех валах двигателя.
Срок службы (ресурс) определим по формуле
где принимаем Lг=6 лет – срок службы привода Кг=09 – коэффициент годового использования tс=8 часов – продолжительность смены Кс=06 – коэффициент сменного использования =2
1Подбор электродвигателя
Двигатель выбирают по требуемой мощности и по частоте вращения вала двигателя. Подберем двигатель по требуемой мощности
где =08 – КПД червячной передачи
=0935 – КПД открытой цилиндрической передачи
=098 - КПД упругой муфты
=098 - КПД пары подшипников качения
По таблице К9 из пособия А.Е. Шейнблита выбираем двигатель серии 4А с номинальной мощностью Рном=0.75 кВт так как двигателей с P=0.57 кВт не имеется. Варианты двигателей приведены в таблице 1.1.
Варианты двигателей серии 4А
Номинальная мощность кВт
Синхронная частота вращения обмин
Частота вращения при номинальном режиме обмин
Определяем частоту вращения приводного вала рабочей машины обмин:
где скорость рабочей машины мс; D – диаметр поворотной колонны мм.
Определяем передаточное число привода для всех приемлемых вариантов двигателя при заданной номинальной мощности Рном=3 кВт.
Передаточное число привода определяется:
Значит из 4 вариантов выбираем 3 вариант с частотой вращения 1500 обмин.
Мотор подобран по двум критериям. Передаточное отношение редуктора и открытой передачи рассчитаны и представлены в таблице 1.2.
Габаритные размеры мм
Установочные и присоединительные размеры мм
2Расчет значений крутящих моментов на валах привода
3Расчет значений частот вращения валов привода
4Расчет значений угловых скоростей валов привода
5Расчет значений мощностей на валах привода
Рассчитанные параметры занесем в таблицу 1.3
Силовые и кинематические параметры привода
Глава 2. Эскизное проектирование червячного редуктора
Цель: выбрать материал твердость и термообработку червячной передачи определить допускаемые контактные напряжения и напряжения на изгиб выполнить проектный и проверочный расчет редукторной пары
Выбираем марку стали для червяка и марку бронзы(чугуна) для венца определяем их механические характеристики.
Для червяка: сталь- 40ХН; термообработка-улучшение;
= 630 МПа; =800Мпа; твердость: 248.5 НВ.
Определяем допускаемые контактные и изгибные напряжения.
Для венца: бронза- ЛЦ23А6Ж3Мц2; = 260 МПа; = 400 МПа.
Рассчитанные параметры занесем в таблицу 2.1
Механические характеристики материалов червячной передачи
1 Проектирование червячной передачи
Определим межосевое расстояние мм:
Определяем число витков червяка:
Так как передаточное число редуктора то принимаем
Определить число зубьев червячного колеса:
Определить модуль зацепления m:
Определим коэффициент диаметра червяка:
Определим коэффициент смещения инструмента x:
Так как придельный допуск то данное количество зубьев нам не подходит. Принимаем
Определим Фактическое передаточное число и проверим его отклонение от заданного U
Определить фактическое межосевое расстояние :
Определим основные геометрические параметры и запишем их в таблицу 2.2:
Диаметр вершин витков
Делительный угол подъема линии витков
Длинна нарезаемой части
Коэффициент смещения
Диаметр вершин зубьев
Наибольший диаметр колеса
Диаметр впадин колеса
Радиусы закругления зубьев
Определим КПД червячной передачи:
- угол подъема линии витков червяка определяется в зависимости от фактической скорости скольжения.
Проверим контактные напряжения зубьев колеса :
Окружная сила на колесе:
Коэффициент нагрузки
Данный коэффициент принимается в зависимости от окружной скорости колеса
Недогрузка в данном случае составляет 11% что допускается
Следовательно условие выполнилось.
Проверим напряжения изгиба зубьев колеса :
-.коэффициент формы зуба
Следовательно условие сошлось.
Рассчитанные параметры занесем в таблицы 2.3 и 2.4
Параметры зубчатой цилиндрической передачи мм
Межосевое расстояние
Коэффициент диаметра червяка q
Делительный угол витков червяка град
Число витков червяка
Ширина зубчатого венца колеса
Длинна нарезаемой части червяка
Допускаемые значения МПа
Расчетные значения Мпа
Контактные напряжения
2 Проектный расчет валов
Цель: выбрать материал валов выбрать допускаемые напряжения на кручение выполнить проектные расчет валов.
Для валов используем Сталь 40ХН. Термообработка – улучшение: в = 800МПа Допускаемые значения напряжений на кручение применяем:
для быстроходных валов –
для тихоходных валов - .
Принимаем для входного вала:
Принимаем для выходного вала:
3 Подбор подшипников качения для валов редуктора
Цель: выбрать тип подшипника
В соответствии с таблицей К28 в пособии А. Е. Шейнблита определим тип серию и схему установки подшипников. Эскиз представлен на рисунке 2.1. Параметры подшипников приведены в таблице 2.5
Рисунок 2.1. Эскиз подшипников.
Параметры подшипников.
4 Расчет значений зазоров между внутренними элементами редуктора
Согласно рекомендациям из пособия принимаем зазоры равные х=10 мм. Зазор для картера рассчитаем по формуле: 5х=510=50 мм
5 Разработка эскизного проекта червячного редуктора
Эскизный проект редуктора представлен в приложении 1.
Глава 3. Подбор соединительной муфты
Цель: выбрать соединительную муфту по крутящему моменту вала.
Для передачи вращающего момента с выходного вала на вал рабочей машины выбираем муфту упругую со звездочкой (ГОСТ 27365 – 87). Эскиз муфты изображен на рисунке 3.1. Параметры представлены в таблице 3.1.
Рисунок 3.1. Эскиз муфты упругой втулочно-пальцевой.
Смещение осей валов не более
Глава 4. Проектирование открытой передачи.
1 Проектирование открытой передачи.
Выбираем марку стали для редуктора и определяем ее механические характеристики.
Для обоих колес выбираем марку стали 40ХН; термообработка-улучшение;
Рассчитанные параметры занесем в таблицу 4.1
1 Проектирование зубчатой передачи
Определяем модуль зацепления:
Принимаем m=2 так как передача открытая и у нее повышен износ
Суммарное число зубьев шестерни и колеса:
Определим число зубьев шестерни :
Определим число зубьев колеса
Фактическое передаточное отношение и его отклонение от заданного U:
Фактическое межосевое расстояние:
Определим основные геометрические параметры и запишем их в таблицу 4.2
Диаметр впадин зубьев
Проверим межосевое расстояние:
Проверим контактные напряжения :
Для косозубых К=436.
Окружная сила в зацеплении :
Коэффициенты равны единице.
Проверим напряжения изгиба :
По таблице 4.4 из пособия А.Е. Шейнблита выбираем .
Коэффициенты равны едеинице.
Рассчитанные параметры занесем в таблицы 4.3 и 4.4
Ширина зубчатого венца шестерни b1
Ширина зубчатого венца колеса b2
Делительный диаметр шестерни d1
Делительный диаметр колеса d2
Число зубьев шестерни z1
Число зубьев колеса z2
Диаметр вершин зубьев шестерни da1
Диаметр вершин зубьев колеса da2
Диаметр впадин зубьев шестерни da1
Диаметр впадин зубьев шестерни da2
Глава 5. Проверочные расчеты валов редуктора на усталостную выносливость.
Цель: определить силы в зацеплении редукторной передачи определить консольные силы построить силовую схему нагружения валов.
1 Разработка расчетных схем валов редуктора
Рассчитаем значения сил в зацеплении. Данные представлены в таблице 5.1.
Рассчитаем значения сил в открытой передаче. Данные представлены в таблице 5.2.
Вид открытой передачи
Характер силы по направлению
Цилиндрическая прямозубая
Рассчитаем силу в муфте:
Силовую схему нагружения валов представлена в приложении 2.
2 Определение значений реактивных сил в опорах валов редуктора.
Горизонтальная плоскость xOz
Вертикальная плоскость yOz
Построим эпюры крутящего момента T сил Q и момента M для быстроходного вала в плоскостях zOx и zOy.
Горизонтальная плоскость yOz
Вертикальная плоскость yOx
Построим эпюры крутящего момента T сил Q и момента M для быстроходного вала в плоскостях yOz и yOx
3 Определение опасных сечений на валах редуктора
В механике под опасными сечениями понимают те сечения в которых суммарные напряжения от всех видов нагружения вала.
На быстроходном валу опасным будем считать сечение 3.
На тихоходном валу опасным будем считать сечение 3.
4 Определение коэффициента запаса усталостной выносливости в опасных сечениях валов редуктора
Рассмотрим сечение проходящее под червяком. Концентрация напряжений обусловлена ступенчатым переходом галтелью между диаметром впадин червяка и диаметром ступени.
Материал вала 40ХН В = 890 МПа
Пределы выносливости:
-при изгибе 3827 МПа;
-при кручении -1 025-1 = 02583827 = 9568 МПа.
Суммарный изгибающий момент: Ми = 301085 Н·м. Из пособия А.Е Шейнблит находим: .
Определяем напряжения:
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
Общий коэффициент запаса прочности
Рассмотрим сечение проходящее под опорой D. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженым с гарантированным натягом.
Суммарный изгибающий момент: Ми = 367380 Н·м. Из пособия А.Е Шейнблит находим: .
Глава 6. Проверочные расчеты подшипников качения валов редуктора по динамической нагрузке
Цель: Определить эквивалентную динамическую нагрузку подшипников проверить подшипники по динамической грузоподъемности определить расчетную долговечность подшипников.
1 Проверочные расчеты подшипников входного вала
Определяем наибольшую реактивную силу:
Делаем проверку по силе RA=Rr2
Определим отношения:
По таблице из пособия определяем: e=034
По соотношению выбираем формулу для расчета эквивалентной динамической нагрузки .
Определяем динамическую грузоподъемность:
Определяем долговечность подшипника:
2 Проверочные расчеты подшипников выходного вала
Делаем проверку по силе RD=Rr2
По таблице из пособия определяем: e=031
Основные размеры и эксплуатационные характеристики подшипников приведены в таблице 6.1.
Основные параметры подшипников.
Динамическая грузоподъемность Н
Принят предварительно
Глава 7. Проверочные расчеты соединений “Вал-ступица”
В проектируемом редукторе для соединения валов с деталями передающими вращающий момент применяются шпоночные соединения.
Проверке подлежат две шпонки тихоходного вала и одна шпонка на быстроходном валу.
Условие выполняется.
Глава 8. Проектирование корпуса редуктора и системы смазки
Форма корпуса определяется в основном технологическими эксплуатационными и эстетическими условиями с учетом его прочности и жесткости.
Габаритные размеры корпуса определяются размерами расположенной в корпусе редукторной пары и кинематической схемой редуктора.
Толщина стенок корпуса и крышки редуктора
b = 15 = 15·8 = 12 мм
Толщина нижнего пояса корпуса
р = 235 = 235·8 = 14 мм
- крепящих крышку к корпусу у подшипников
- соединяющих крышку с корпусом
Смазка зубчатого зацепления осуществляется за счет окунание червяка в масляную ванну. Объем масляной ванны
Рекомендуемое значение вязкости масла при мс и контактном напряжении Н=476.5 МПа
По этой величине выбираем масло индустриальное И-Г-А-46. Смазка подшипниковых узлов. Так как надежное смазывание подшипников за счет разбрызгивания масла возможно только при окружной скорости больше 3 мс то выбираем пластичную смазку по подшипниковых узлов – смазочным материалом УТ-1.
Во время работы над курсовым проектом были закреплены знания методик расчетов типовых деталей машин общего назначения получены навыки принятия решений при компоновке редуктора и конструировании его деталей.
В курсовом проекте был выбран электродвигатель. Выполнены проектный и проверочные расчеты зубчатых передач. Все условия прочности выполняются. Были определены форма и размеры элементов корпуса редуктора. Выбранные подшипники проверены на пригодность по их долговечности из расчета по динамической грузоподъемности. Определены опасные сечения валов по действующим нагрузкам. Проведен расчет на усталостную выносливость для наиболее опасных сечений валов. Решены вопросы смазки передач редуктора и подшипников.
Список использованной литературы
В.И. Соловьев и др. Курсовое проектирование деталей машин. Методич. рекомендации изд. 2-е. - Новосибирск: НВОКУ 1995. - 151 с.
А.Е. Шейнблит Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Высш.шк. 1991. – 432 с.
ГОСТ 23360-78 Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки. - ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва. 1978.
ГОСТ 21424-75 Муфты упругие втулочно – пальцевые. Конструкция. Основные параметры и размеры. - ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва. 1976.
ГОСТ 6636-69 Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры. - ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва. 1969.
ГОСТ 9563-60 Основные нормы взаимозаменяемости. Колеса зубчатые. Модули. - ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва. 1960.
Курсовое проектировании деталей машин. С.А. Чернавский К.Н. Боков И.М. Чернин и др. – М.: Машиностроение 1988. – 416 с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1-3 – М.:Машиностроение 1978.
Федоренко В.А. Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. – Л.: Машиностроение 1988.

Общий вид _ КПДМОК 03.01.00.00.000в2.dwg

КПДМОК 03.01.00.00.000
Муфта упругая со звездочкой
Рама ребуктора и двигателя
Болт 2.1.M16x200 ГОСТ 24379.1-80
Болт 4М6x30 ГОСТ 15589-70
Болт М6x20 ГОСТ 15591-70
Гайка М6-6Н ГОСТ 5917-70

Общий вид _ КПДМОК 03.01.00.00.000.dwg

КПДМОК 03.01.00.00.000
Муфта упругая со звездочкой
Рама ребуктора и двигателя

Спецификация рама.dwg