Расчет передвижения тележки противовеса крана КБ-674

ВВЕДЕНИЕ

 

В курсе «Прикладная механика» изложены вопросы теории, расчета и конструирования деталей машин и сборочных единиц общего назначения с учетом заданных условий работы машины.

Курсовой проект по прикладной механике призван способствовать закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами во время изучения данного курса и применению этих знаний к комплексному решению инженерной задачи по проектированию деталей, узлов и машины в целом. Курсовое проектирование по прикладной механике является первой конструкторской работой студентов, при выполнении которой они применяют знания, полученные после изучения как самого курса «Прикладная механика», так и предыдущих дисциплин: теоретической механики, теории механизмов и машин, технологии металлов, сопротивления материалов, основ взаимозаменяемости, машиностроительного черчения. Проект должен способствовать развитию творческой инициативы и подготовить студентов к выполнению курсовых проектов последующих специальных технических дисциплин, а также к выполнению дипломного проекта и решению производственных конструкторских задач. В процессе работы над проектом студенты должны получить навыки анализа существующих конструкций с точки зрения преимуществ, недостатков и направления их совершенствования, пользования справочной литературой, ГОСТами, нормами, таблицами и номограммами, закрепить правила выполнения расчетов и составления пояснительных записок к проектам, а также графического оформления своих конструкторских решений.

В данном курсовом проекте  необходимо разработать привод к механизму передвижения тележки противовеса крана КБ-674. Кинематическая схема привода и другие исходные данные к проекту даны в задании на курсовое проектирование.

Необходимо произвести выбор электродвигателя, спроектировать одноступенчатый червячный редуктор, муфту цепную, спроектировать цепную зубчатую передачу. Все детали проверяются на прочность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Т₃=1270 н.м.w₃=6 с^-1

Рис. 1.1 Кинематическая схема привода

 

Определяем общий к.п.д. привода:

                                         ,                                       (1.1)

 где                      η_чер-к.п.д. червячной передачи; η_чер=0,85 [1,табл. 1.1].

                            η_муф-к.п.д. муфты цепной; η_муф=0,99 [2,табл.3.1].

                            η_цеп-к.п.д. цепной передачи; η_цеп=0,92[2,табл.3.1].

                            η_пп-к.п.д. подшипниковой пары; η_пп=0,99 [2,табл.3.1].

                    

Определяем потребляемую мощность по формуле:

                                                                                                                                                      ( 1.2)

где, Т₃ – вращающий момент на выходном валу, Т₃ = 1270 Н×м;

w₃ – угловая скорость выходного вала, w₃ = 6,0 рад/ с;

h_общ – общий к.п.д. привода

                                        Вт

Мощность электродвигателя, подбираемого для проектируемого привода, должна быть не ниже той, которая определена по формуле (1.2). Из существующих типов электродвигателей выбирают преимущественно асинхронные электродвигатели трехфазного тока единой серии 4А.

Принимаем электродвигатель мощностью 11 кВт 1500 об/мин 4А132М4У3, s = 2,8% [1, П1].

Определяем асинхронную частоту  вращения вала электродвигателя:

, (1.3)

где, n_c – синхронная частота вращения вала электродвигателя,n_c = 1500об/мин;

 s – величина магнитного скольжения, s = 0,028.

об/мин

Определяем общее передаточное отношение привода:

, (1.4)

где, n₃ – частота вращения выходного вала привода.

Определяем частоту  вращения выходного вала привода

об/мин. (1.5)

Из стандартного ряда [2.стр.135] принимаем передаточное отношение червячной передачи U_чер=8

Тогда: U_цеп= U_о/ U_чер=25,43/8=3,18

Для дальнейшего проектного расчета привода необходимо определить мощность, крутящий момент, частоту вращения и угловую скорость для каждого из валов.

Определим частоты вращения на валах:

                               мин^-1

                              мин^-1                                                                                  (1.6)

                              мин^-1                                                    (1.7)

Определение угловой  скорости на валах:

                              с^-1                                             (1.8)

                                               с^-1                                                (1.9)

                              с^-1                                               (1.10)

Определение мощности на валах редуктора:

 Вт

                   Вт                       (1.11)

                    Вт                                    (1.12)

Определение крутящих моментов:

                                 Н∙м                                               (1.13)

                                 Н∙м                                             (1.14)

                                 Н∙м                                              (1.15)

Результаты определения этих величин сведём в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1. Параметры привода

 

№ вала	Р, Вт	Т, Н×м	n, об/мин	w, с–1
1	9839,7	64,5	1458	152,6
2	8280,1	433,5	182,3	19,1
3	7617,7	1269,6	57,3	6,0

2. РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ

 

2.1. Расчет червячной передачи

 

Число витков червяка z₁ принимаем в зависимости от передаточного числа: при u=8 принимаем z₁=4 [1]

Число зубьев червячного колеса:

                                                                                   (2.1)

Принимаем для червяка  сталь 40Х с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием

Приблизительно скорость скольжения можно определить по следующей зависимости[5]:

                          (2.2)

При такой скорости скольжения принимаем материал венца червячного колеса[1] безоловянистую бронзу БрА9ЖЗЛ (отливка в песчаную форму), а колёсный центр из чугуна. Для выбранной бронзы допускаемые напряжения равны и уменьшаем на 15 % так как боковое расположение червяка =149,4 МПа,

 

Определяем допускаемое напряжение изгиба:

 

Коэффициент долговечности определим по формуле:

                             

                                      (2.3)

Определим межосевое расстояние из условия контактной выносливости[1]:

                                       (2.4)

 

где, K_н- коэффициент нагрузки; К_н=1,1 [1]

Принимаем коэффициент  диаметра червяка q=10

 

Получаем:

 

 

Принимаем: a_w=200мм.

Определяем модуль зацепления:

 

Принимаем по ГОСТ 2144-76 [1,табл. 3.2] стандартные значения  m=10 мм и q=8.

 

Определяем межосевое расстояние при стандартных значениях q и m

 

Определяем размеры червяка:

Делительный диаметр  червяка

                                                                                   (2.5)

диаметр вершин витков червяка

                                                                      (2.6)

диаметр впадин витков червяка:

                                                           (2.7)

Определим длину нарезной части червяка:

 

                                       (2.8)

принимаем b₁=154мм.

 

делительный угол подъёма  витка γ [1,табл.4.3]: при z₁=4 и q=8, γ=26,5⁰   

Основные размеры червячного колеса:

                                                                          (2.9)

диаметр вершин зубьев червячного колеса

диаметр впадин зубьев червячного колеса

наибольший диаметр червячного колеса

                                                     (2.10)

ширина венца червячного колеса [1,т.4.12]

                                                                    (2.11)

Принимаем b₂=65мм.

Определим окружную скорость червяка:

                                               (2.12)

Определим скорость скольжения:

                                                                   (2.13)

при скорости приведённый коэффициент трения для безоловянной бронзы и стального червяка f`=0,023 и приведённый угол трения p=1⁰20"

КПД редуктора с учётом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивание масла

                        (2.14)

Выбираем 8-ю степень точности передачи. В этом случае коэффициент динамичности К_v=1,2.

Определим коэффициент неравномерности  распределения нагрузки:

                                                                                     (2.15)

где, коэффициент червяка при q=8 и z₁=4 принимаем  - коэффициент деформации червяка[1]. Примем вспомогательный коэффициент x=1-при постоянной нагрузки.

Получаем

Определим коэффициент нагрузки:

     

Проверяем контактное напряжение:

    (2.16)

 

Передача перегружена менее чем на 5%, что допустимо. [1]

Определим силы в зацеплении:

                                               (2.17)

 

Окружная для червяка  равна осевой для колеса

Определяем радиальные силы на колесе и червяке

                                                (2.18)

 

Определяем эквивалентное число зубьев

                                                               (2.19)

Коэффициент формы зуба определим по таблице [1.табл.4.5] Y_F=2,22

Определяем напряжение изгиба

             (2.20)

Что говорит о том, что условие выполняется.

Выделяющаяся тепловая мощность:

Q₁=(1- )^.Р₁=(1-0,91)^. 9839,7=885,6Вт                                                      (2.21)

Тепловая мощность передаваемая в окружающую среду

Q₂=к_t ^.(Т_р-Т_о)^.А=18^.(70-20)^.0,5=450Вт

где, к_t-коэффициент теплоотдачи. к_t=18 Вт/(м^2.°С).

       А-площадь поверхности охлаждения корпуса.А=0,5м².

        Т_о-температура окружающей среды. Т_о=20°С.

         Т_р- внутренняя температура редуктора. Т_р=70°С.

По данным теплового расчёта видно, что необходимо устанавливать искусственное охлаждение. Принимаем охлаждение проточной водой.

 

 

2.2 Расчет цепной  передачи

 

Определим число зубьев ведущей звёздочки:

                                                 Принимаем z₁=29[6]

Находим число зубьев большей звёздочки:  z₂=z₁u=29∙3,18=92,22

Принимаем z₂=92

Находим коэффициент  эксплуатации:

                                                                                     (2.25)

где к_д-коэффициент, учитывающий динамичность передоваемой нагрузки

       к_д=1,25[1]

       к_a-коэффициент, учитывающий межосевое расстояние при а=(30…50)t к_a=1[6]

        к_р- коэффициент, учитывающий способ регулирования цепи к_р=1,25[1]

        к_в- коэффициент, учитывающий наклон передачи к горизонту к_в=1[6]

        к_с- коэффициент, учитывающий качество смазки передачи и условие её работы к_с=1,3[6]

        к_реж- коэффициент, учитывающий режим работы передачи к_реж=1[1]