3-Б курс, 6-ти летки Калинина Т.В 2 / Детали машин
.pdfч
54
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕ ДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ»
МЕХАНИКА
Детали машин и основы конструирования
Методические указания и типовые задания по выполнению курсового проекта для обучаемых по направлениям подготовки 280100 - Безопасность жизнедеятельности
и 280700 - Техносферная безопасность
Екатеринбург
2011
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕ
ДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ»
МЕХАНИКА
Детали машин и основы конструирования
Методические указания и типовые задания по выполнению курсового проекта для обучаемых по направлениям подготовки 280100 - Безопасность жизнедеятельности
и 280700 - Техносферная безопасность
Екатеринбург
2011
Механика. Детали машин и основы конструирования: Методические указания и типовые задания по выполнению курсового проекта для обучаемых по направлениям подготовки 280100 - Безопасность жизнедеятельности и 280700 - Техносферная безопасность.
Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2011. - 97 с.
Составители:
А.В. Бурцев, кандидат педагогических наук, доцент кафедры общетехнических дисциплин Уральского института ГПС МЧС России;
А.В. Филиппов, кандидат сельскохозяйственных наук, начальник кафедры пожарной техники Уральского института ГПС МЧС России;
С.Н. Дульцев, преподаватель кафедры общетехнических дисциплин Уральского института ГПС МЧС России.
Рецензенты^
В.В. Терентьев, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры пожарной техники Уральского института ГПС МЧС России.
Типовые задания и методические указания по выполнению курсового проекта разработаны в соответствии с программой курса «Механика» и предназначены для слушателей всех форм обучения Уральского института ГПС МЧС России.
Обсуждено и одобрено на заседании методического совета УрИ ГПС МЧС России
© Уральский институт ГПС МЧС России, 2011
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
Введение |
5 |
1. |
Расчет энергосиловых и кинематических параметров привода |
7 |
|
1.1. Выбор электродвигателя |
7 |
|
1.2. Расчет передаточного числа привода и его разбивка |
10 |
|
1.3. Определение основных кинематических и энергетических |
|
|
параметров передач привода |
12 |
|
1.4. Выбор соединительных муфт |
13 |
2. |
Выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений |
14 |
|
2.1. Выбор материалов, термообработки и допускаемых |
|
|
напряжений зубчатых передач |
14 |
|
2.2. Выбор материалов, термообработки и допускаемых |
|
|
напряжений червячных передач |
18 |
3. |
Расчет редукторной передачи |
21 |
|
3.1. Расчет зубчатой цилиндрической передачи |
21 |
|
3.1.1. Проектный расчет. Расчет геометрии |
21 |
|
3.1.2. Проверочный расчет зубьев колеса на выносливость по |
|
|
контактным напряжениям |
24 |
|
3.1.3. Проверочный расчет зубьев колес на выносливость по |
|
|
напряжениям изгиба |
27 |
|
3.1.4. Определение сил в зацеплении зубчатой |
|
|
цилиндрической передачи |
30 |
|
3.2. Расчет зубчатой конической передачи |
31 |
|
3.2.1. Проектный расчет. Расчет геометрии |
31 |
|
3.2.2. Проверочный расчет зубьев конического колеса на |
|
|
выносливость по контактным напряжениям |
35 |
|
3.2.3. Проверочный расчет зубьев колес на выносливость по |
|
|
напряжениям изгиба |
37 |
|
3.2.4. Определение сил в зацеплении зубчатой конической |
|
|
передачи |
40 |
|
3.3. Расчет червячной передачи |
41 |
|
3.3.1. Проектный расчет. Расчет геометрии |
41 |
|
3.3.2. Проверочный расчет зубьев колеса на выносливость по |
|
|
контактным напряжениям |
44 |
|
3.3.3. Проверочный расчет зубьев колес на выносливость по |
|
|
напряжениям изгиба |
46 |
|
3.3.4. Определение сил в зацеплении червячной передачи |
47 |
4. |
Расчет узлов валов редуктора |
49 |
|
4.1. Предварительный выбор подшипников качения |
49 |
|
4.2. Определение реакций и изгибающих моментов |
49 |
|
4.3. Проверочный расчет подшипников на долговечность по |
|
|
динамической грузоподъемности |
М' |
|
4.4. Расчет валов на усталостную прочность |
55 |
5. |
Конструирование корпуса редуктора |
61 |
6. |
Указания по смазке редукторов |
66 |
|
6.1. Смазывание зубчатого и червячного Зацепления |
66 |
|
6.2. Смазывание подшипников |
68 |
7. |
Расчет соединений |
69 |
|
7.1. Проверочный расчет шпоночных соединений |
69 |
|
7.2. Проверочный расчет стяжных винтов подшипниковых узлов |
70 |
8. |
Задания для курсового проектирования |
72 |
9. |
Защита курсового проекта |
83 |
|
Литература |
84 |
|
Приложение А |
85 |
|
Приложение Б |
86 |
|
Приложение В |
87 |
|
Приложение Г |
90 |
|
Приложение Д |
91 |
|
Приложение Е |
95 |
ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» является первой самостоятельной творческой расчетноконструкторской работой обучаемого. В процессе выполнения курсового проекта, воплощая в материальную форму заданную схему объекта проектирования, курсант применяет и закрепляет приобретенные знания и умения по ранее изученным физико-математическим и общетехническим дисциплинам.
Основной целью методических указаний является научить обучаемых основам конструирования и оформления конструкторской документации на примере проектирования деталей машин и механизмов общего и специального назначения.
Согласно Единой системе конструкторской документации (ЕСКД), правила проектирования и оформления конструкторской документации стандартизованы и включают пять стадий разработки конструкторской документации на предполагаемое изделие: техническое задание, техническое' предложение, эскизный проект, технический проект, разработка технической документации. Кроме того, каждая стадия курсового проектирования делится на ряд задач, решаемых в определенной последовательности, что позволяет обучаемому обрести необходимую ритмичность его выполнения и своевременной сдачи как отдельных задач, так и защиты курсового проекта.
Впроцессе проектирования деталей машин и механизмов выполняют два основных вида расчетов: проектный и проверочный. При проектном расчете обычно определяют основные размеры деталей, а при проверочном - значение напряжений в опасных сечениях, долговечность, теплостойкость, виброустойчивость и другие параметры.
Вбольшинстве случаев при проектировании деталей машин и механизмов возможны различные вариации конструкторских решений, которые необходимо тщательно анализировать и принимать правильные решения.
Вметодических указаниях приведены все необходимые материалы для проведения расчетов и конструирования, а также рекомендации по организации и выполнению курсового проекта.
Типы кинематических схем приводов и редукторов, предложенные в заданиях на курсовое проектирование, составлены на основе реального оборудования, применяемого в пожарной и аварийно-спасательной технике.
Курсовой проект по дисциплине- «Детали машин и основы конструирования» состоит из текстовой (расчетно-пояснительная записка)
играфической частей.
Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) проекта включает в себя основные расчеты передач, узлов и деталей привода машины. В ней должны быть отражены следующие разделы: *
-содержание;
-выбор источника энергии для привода машины;
-выбор соединительных муфт;
-расчеты передач;
-расчеты подшипников и валов редуктора;
-расчеты соединений зубчатых и червячных колес с валами редуктора;
-выбор сорта масла и способа смазки зацеплений и подшипников редуктора;
-расчеты объёма и уровней смазки передач редуктора;
-список использованных источников;
-приложения (эскизную компоновку редуктора и спецификации к сборочным чертежам).
Графическая часть проекта состоит из трех листов формата А1:
-сборочный чертеж привода машины;
-сборочный чертеж редуктора;
-рабочие чертежи 4 основных деталей редуктора (вал-шестерня, вал, зубчатое колесо, крышка подшипникового узла сквозная).
Оформление курсового проекта следует выполнять в соответствии с требованиями, предъявляемыми к чертежам и технической документации единой системой конструкторской документации.
При подготовке типовых заданий и методических указаний по выполнению курсового проекта были учтены пожелания и замечания, высказанные преподавателями, ведущими курсовое проектирование по взаимосвязанным дисциплинам.
1. РАСЧЕТ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИВОДА
1.1. Выбор электродвигателя
Выбор электродвигателя производят по каталогам (ГОСТ 19523-81) в зависимости от рассчитанной требуемой мощности электродвигателя Рм расч и числа оборотов его вала .
Мощность на валу рабочего органа машины в зависимости от исходных параметров может быть определена по следующим формулам:
Р =F -V- |
|
||
'вых |
1 |
' ' |
|
|
F-co-D |
о - 1 ) |
|
л ^ - т - ^ з 3- ; |
|||
|
|
2-10 |
|
|
_F-a-z-t |
|
|
вЫ1~ 2 103-л- ' |
|
||
где F - сила, приложенная к барабану или приводной звездочке, |
кН; |
||
V |
- линейная скорость на приводном органе машины, м/с; |
|
|
а |
- угловая скорость приводного органа машины, рад / с; |
|
|
D - диаметр барабана, мм; |
|
||
t - |
шаг цепи, мм; |
|
|
z - число зубьев приводной звездочки.
Частота вращения вала рабочего органа машины в зависимости от исходных параметров может быть определена по следующим формулам:
|
60-Ю3 -F |
|
|
|
к • D |
|
|
|
60-Ю3 - У |
(1.2) |
|
|
z-t |
9 |
|
|
|
|
|
|
30-ю |
|
|
|
ж |
|
|
Расчетную требуемую мощность электродвигателя определяют по |
|||
формуле: |
|
|
|
1Р |
Р |
|
(\ 3)1 |
=_«» |
|
||
|
дв. расч.% |
' |
V. --'/ |
где rjj. - общий КПД привода.
КПД привода характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному органу машины. Его вычисляют как произведение КПД отдельных элементов привода. В общем случае
7
коэффициент полезного действия вычисляется по зависимости:
|
Ъ^Пм-Пп-Чт-Пы-Чш' |
С1-4) |
где |
г}и - КПД муфты; |
|
|
а - количество муфт в приводе; |
|
|
t]n - КПД редукторной передачи; |
|
|
Ъ - количество редукторных передач в приводе; |
|
|
т]пк - КПД одной пары подшипников качения; |
|
|
с - количество пар подшипников качения в приводе; |
|
|
т]рп - КПД ременной передачи; |
|
|
d - количество ременных передач в приводе; |
|
|
цп ~ КДД цепной передачи; |
|
|
е - количество цепных передач в приводе. |
|
|
Значения КПД различных механических передач, соединительных |
|
муфт и подшипников качения приведены в таблице 1.1. |
|
|
|
Таблица 1.1 - Значения КПД |
|
|
Передача |
КПД |
Зубчатая редукторная цилиндрическая передача |
0,97 - 0,98 |
|
Зубчатая редукторная коническая передача |
0,96 - 0,97 |
|
Червячная редукторная передача: |
0,70-0,75 |
|
- |
при числе заходов червяка z, = 1 |
|
- |
при числе-заходов червяка г, = 2 |
0,80-0,85 |
- |
при числе заходов червяка z, = 4 |
0,85-0,95 |
Цепная открытая передача |
0,90-0,95 |
|
Клиноременная передача |
0,95-0,97 |
|
Одна пара подшипников качения |
0,99 |
|
Муфта соединительная |
0,98 |
|
С целью сокращения времени на выбор электродвигателя, отвечающего требованиям исходных данных к проектированию привода, следует рассчитать диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя.
Диапазон частот вращения вала электродвигателя рассчитывается по формулам:
П д а |
min |
— |
" в ы * |
' U p n |
min ' ^ Р Е Д |
mm |
' |
min> |
^ |
Пдв |
max |
— |
Пвых |
' и р п |
т а * ' иРЕД |
max |
' иЦП |
max • |
|
Наименьшие и наибольшие значения передаточных чисел некоторых механических передач приведены в таблице 1.2.
8
Таблица 1.2 - Значения передаточных чисел основных видов передач
Вид передачи |
Передаточное число |
||
Наименьшее |
Наибольшее |
||
Зубчатая цилиндрическая |
|||
1,0 |
12,0 |
||
Зубчатая коническая |
1,0 |
6,3 |
|
Червячная |
8,0 |
80 |
|
Ременная |
1,0 |
5,0 |
|
Цепная |
1,0 |
7,0 |
|
Таблица 1.3 - Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А ГОСТ 19523-81
Мощность |
Синхронная частота вращения вала электродвигателя, |
|
|||||||
|
|
|
|
об! мин |
|
|
|
||
Р, кВт |
3000 |
L |
1500 |
1000 |
|
750 |
|
||
|
Марка |
п * |
Марка |
пы |
Марка |
пы |
Марка |
"а* |
|
1,5 |
80А2 |
2850 |
|
80В4 |
1415 |
90L6 |
935 |
100L8 |
700 |
2,2 |
80В2 |
2850 |
|
90L4 |
1425 |
100L6 |
950 |
112МА8 |
700 |
3,0 |
90L2 |
2840 |
|
100S4 |
1435 |
112МА6 |
955 |
112МВ8 |
700 |
4,0 |
100S2 |
2880 |
|
100L4 |
1430 |
112МВ6 |
950 |
132S8 |
720 |
5,5 |
100L2 |
2880 |
|
112М4 |
1445 |
132S6 |
965 |
132М8 |
720 |
7,5 |
112М2 |
2900 |
|
132S4 |
1455 |
132М6 |
970 |
160S8 |
730 |
11,0 |
132М2 |
2900 |
|
132М4 |
1460 |
160S6 |
975 |
160М8 |
730 |
15,0 |
160S2 |
2940 |
|
160S4 |
1465 |
160М6 |
975 |
180М8 |
730 |
18,5 |
160М2 |
2940 |
|
160М4 |
1465 |
180М6 |
975 |
|
|
22,0 |
180S2 |
2945 |
|
180S4 |
1470 |
|
|
|
|
30,0 |
180М2 |
2945 |
|
180М4 |
1470 |
|
|
|
|
Примечание: пример условного обозначения электродвигателя серии 4А мощностью 11 кВт с синхронной частотой вращения вала, равной 1500 об/мин - электродвигатель 4А 132М4 УЗ ГОСТ 19523-81.
Затем по каталогу электродвигателей выбирают один или несколько электродвигателей, имеющих мощность ближайшую большую, чем рассчитанная по формуле 1.3, и частоту вращения вала, входящую в диапазон от min до ий л ш , рассчитанный по формулам 1.5. В таблице 1.3 приведены выборки из ГОСТ 19523—81 по маркам электродвигателей и частотам вращения их валов под нагрузкой.
При выборе электродвигателя также'следует иметь в виду, что с увеличением частоты вращения его вала растет КПД. Однако одновременно увеличивается суммарное передаточное число привода, следовательно, габариты, металлоемкость и стоимость привода. Поэтому