Часть 2. Детали машин и основы конструирования

Учебное пособие

По курсовому проектированию

Для студентов, обучающихся по специальностям:

130400.65 «Горное дело». Специализации: Горные машины и оборудование, Транспортные системы горных предприятий, Электрификация и автоматизация горных предприятий,

119109.65 «Наземные транспортные технологические средства»,

151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Издание исправленное и дополненное

 

Москва, 2014

УДК 621.81

 

 

В.А.Мостаков, Т.М.Слободяник, П.М.Вержанский, Б.В.Воронин, А.М. Керопян

Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие по курсовому проектированию. – М.: НИТУ «МИСиС», 2014 г. - 80 с.

      В пособии сформулированы требования, предъявляемые к курсовому проекту, определены содержание и объем проекта. Приведены в концентрированном виде методики кинематических расчетов привода, включающего двухступенчатый редуктор, методики предварительного выбора параметров редуктора, методики расчетов геометрических характеристик и проверки прочности зубчатых передач, валов, соединений, определения долговечности подшипников. Приведенные методические материалы базируются на действующих государственных стандартах, но изложены с некоторыми упрощениями с учетом специфики горного машиностроения. Издание рекомендуется в качестве учебного пособия по курсовому проектированию по дисциплине «Прикладная механика», часть 2. «Детали машин и основы конструирования».

© НИТУ «МИСиС»

В.А.Мостаков, Т.М.Слободяник, П.М.Вержанский, Б.В.Воронин,  А.М. Керопян

Общие положения

      Настоящее пособие имеет целью дать студентам указанных специальностей исходные материалы для выполнения курсового проекта по дисциплине «Прикладная механика. Часть 2. «Детали машин и основы конструирования». В пособии сформулированы основные требования, предъявляемые к курсовому проекту, а также определены содержание и объем выполняемой работы. Приведены методики кинематических расчетов редуктора, расчетов геометрических характеристик и проверки прочности зубчатых передач, предварительных и проверочных расчетов валов, определения долговечности подшипников. Даны рекомендации по габаритным характеристикам корпусов редукторов, уровню заливки масла. Дана необходимая информация для проведения всех расчетов. Приводится  перечень  справочной  и учебной литературы, которая должна быть использована студентами в ходе курсового проектирования.

      Курсовой проект по деталям машин является первой самостоятельной творческой инженерно-конструкторской работой студента. При выполнении проекта закрепляются знания, полученные при изучении курса «Детали машин» и других дисциплин фундаментально-теоретического и общеинженерного цикла, приобретаются навыки работы со справочной литературой, государственными и отраслевыми стандартами.

     Объектами проектирования являются приводы различных горных машин, в том числе двухступенчатые редукторы разнообразных типов. Выбор редуктора как основного элемента объекта проектирования объясняется тем, что в нем наиболее полно представлена совокупность деталей и их соединений, изучаемых в данном курсе. Как указывалось выше, объектами проектирования являются приводы  горных и  горно-транспортных машин. Это объясняется стремлением коллектива кафедры максимально приблизить учебный курс «Детали машин» к горной технике и органично включить его в единую непрерывную систему подготовки горных инженеров. Все предлагаемые для проектирования механизмы применяются  в горных и горнотранспортных машинах.

      В связи со спецификой учебного проектирования в отдельных случаях задания предусматривают проектирование механизмов, кинематически  и конструктивно эквивалентных  реальным, т.е. при сохранении идентичности кинематических параметров, кинематической схемы и основных направлений конструктивного оформления, отличающихся от реальных механизмов величиной передаваемой мощности.

     Настоящее руководство не ставит целью заменить полностью указанные в списке литературы фундаментальные издания по курсовому проектированию деталей машин. Материал в пособии расположен в том порядке, в котором студентам следует работать над проектом. В тексте имеются ссылки на учебную литературу, которую следует использовать при проектировании.

      Данное пособие предназначено как для студентов дневного, так и заочного отделения. При этом не исключается, а считается весьма полезной работа студентов со справочной и нормативной литературой.

     Данное пособие может быть использовано студентами других специальностей, для которых предметом курсового проектирования является одноступенчатый редуктор, а объем курсового проекта определяется конкретным заданием на проектирование.

      Считается полезной работа студентов с применением ЭВМ как в расчетах и конструировании, так и при оформлении курсового проекта.

Содержание и объем курсового проекта

       Курсовой проект по дисциплине «Детали машин и основы

 конструирования» состоит из двух частей:

      Часть I – расчетно-пояснительная записка.

      Часть II – графическая часть.

      Часть I. Расчетно-пояснительная записка

       Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

       а) Кинематический и силовой расчет привода

       1. Определяется частота вращения ведомого вала (в тех случаях, где она не задана).

       2. Определяется общий коэффициент полезного действия.

       3. Определяется мощность на ведомом и ведущем валах.

       4. Производится подбор электродвигателя.

       5. Определяется общее передаточное отношение привода и производится его разбивка между открытой ступенью (открытой зубчатой передачей, ременной или цепной передачами) и редуктором. Передаточное отношение редуктора должно быть стандартным по СТ СЭВ 221 и, как правило, не превышать 16…18.

       б) Расчет редуктора

       1. Расчет быстроходной и тихоходной ступеней.

        Проектировочный расчет быстроходной и тихоходной ступеней редуктора выполняется с целью определения его параметров по условиям минимальности габаритов и обеспечения смазки окунанием.

       Уточняется передаточное отношение и межосевое расстояние каждой ступени, исходя из их соответствия действующим стандартам.

      Определяются крутящие моменты на валах редуктора, частоты вращения валов.

      Выполняется проверочный расчет передач по контактным и изгибным напряжениям. При недостаточной прочности передачи принимается решение об увеличении ширины колес, применении более качественной стали и вида термообработки с целью повышения прочности передачи.

      2. Расчет валов. Производится предварительный расчет валов на                              деформацию кручения. После окончательного конструирования валов производится их проверочный расчет на усталостную прочность по двум – трем расчетным сечениям, содержащим концентраторы напряжений.

      3. Производится подбор шпонок и их расчет на смятие.

      4. Производится подбор подшипников качения по диаметрам посадочных поверхностей валов и по направлению действующих на опоры нагрузок.

     Определяется долговечность подшипников в часах.

      5. Производится подбор способа смазки и сорта смазочного материала.

      6. Производится подбор соединительных муфт.

      Расчетно-пояснительная записка должна содержать расчетные                   схемы, рисунки, необходимые расчеты, выполненные в табличной или другой произвольной форме в строгом соответствии с нормами и правилами ЕСКД.

      Расчетно-пояснительная записка выполняется на листах формата А4, сброшюрованных вместе с обложкой. Записка оформляется чертежным шрифтом или в порядке исключения четким разборчивым почерком. Записку разрешается оформлять на ЭВМ с помощью стандартного редактора (например, Word).

      В начале записки должны быть титульный лист и лист с заданием на проектирование (см. приложение 8), а в конце – список использованной литературы.

      На титульном листе следует указать:

- название института НИТУ «МИСиС»;

- название кафедры  (кафедра теоретической, прикладной механики и сопротивления материалов);

- наименование дисциплины (Прикладная механика. Часть 2. Детали машин и основы конструирования);

- название темы проекта;

- Ф.И.О.;

- Группа или шифр зачетной книжки (для заочников).

Часть II. Графическая часть

      Графическая часть состоит из четырех листов чертежей формата А1.

      Лист 1. Общий вид редуктора. Чертеж выполняется в масштабе 1: 1 или 1: 2 и содержит две проекции общего вида редуктора со всеми монта-жными, габаритными и присоединительными размерами, техническую характеристику редуктора, технические требования на сборку. 

      Спецификация прикладывается к расчетно-пояснительной записке.

      При вычерчивании общего вида редуктора необходимо изобразить следующие составные части: конструкцию корпуса и крышки, смотровой люк с отдушиной, устройства для подъема редуктора, маслоуказатель, уровень заливаемого в корпус масла, сливное отверстие с пробкой, валы с зубчатыми колесами, подшипники, уплотнения, шпонки. Необходимо указать габаритные, присоединительные и посадочные размеры с допусками и посадками.

      Пример сборочного чертежа редуктора показан на рис. 1.

      Лист 2. Рабочие чертежи, 5 деталей.

      Зубчатое колесо, вал-шестерня, вал, крышка подшипникового узла, любая

 

 другая деталь (по указанию преподавателя). 

      Рабочие чертежи выполняются в масштабе 1: 1 в соответствии с требованиями ЕСКД на стандартных форматах А3 или А4.На чертежах, включающих зубчатые колеса, должны быть помещены таблицы параметров, необходимых для изготовления колес.

      Примеры чертежей вала и зубчатого колеса показаны на рис. 2 (вала- шестерни).

      Лист 3. Рабочий чертеж корпусной детали редуктора или рамы привода.

      Чертеж выполняется в двух или трех проекциях с указанием всех необходимых размеров, обозначений сварных швов по ГОСТ, технических требований и спецификации (для рамы), прилагаемой отдельно.

      Пример чертежа крышки корпуса редуктора показан на рис. 3.

      Лист 4. Общий вид привода.

      Чертеж должен содержать упрощенное (контурное) изображение привода с габаритными размерами, а также данные, необходимые для его установки (монтажа) на месте применения. Чертеж выполняется в двух проекциях и содержит характеристику привода, технические требования на сборку и спецификацию, прилагаемую отдельно.

     На чертеже допускается изображение конструктивной схемы рамы из стандартных профилей и листового проката со всеми необходимыми габаритными и монтажными размерами и обозначениями. В этом случае лист 3 можно не выполнять.

    (Если на чертеже дано изображение конструкции рамы из стандартных профилей и листового проката со всеми необходимыми габаритными размерами и обозначениями, то чертеж 3 можно не выполнять.)

      Пример чертежа общего вида привода показан на рис. 4.

 

Все чертежи выполняются в строгом соответствии с ЕСКД. Чертежи разрешается выполнять на ЭВМ с помощью одного из стандартных графических

редакторов (Autocad, Compas).

 

     В случаях, когда расчетно-пояснительная записка и (или) чертежи выполнены на ЭВМ, студент представляет преподавателю их в электронной версии одновременно с твердыми копиями и должен доказать самостоятельность выполнения чертежей на компьютере при защите проекта. 

        Примечание: Учитывая, что многие горные и горнотранспортные машины (экскаваторы, буровые станки, проходческие и очистные комбайны, погрузочные машины и др. являются многоприводными системами, а их приводы встроены в металлоконструкцию машин, допускается по согласованию с преподавателем общий вид привода вместо листа 4 изображать в виде кинематической схемы, включающей электродвигатель, соединительные муфты, тормоза и исполнительные органы и помещать в формате А4 в лист 2 или в расчетно-пояснитель-ную записку.

3. Выбор задания на курсовое проектирование

      Рассчитать и сконструировать редуктор привода горной или горно-транспортной машины в соответствии с приведенными схемами и по данным, приведенным в таблицах.

      Номер задания и варианта исходных данных студентам дневного отделения дает преподаватель. Студент заочного факультета номер задания выбирает по последней цифре шифра зачетной книжки. Номер варианта исходных данных выбирается по предпоследней цифре шифра.

Расчет привода

       Основной задачей расчета является определение частот вращения всех элементов привода и необходимых мощностей на ведомом, промежуточных и ведущем валах привода. 

Если мощность на ведущем или ведомом валах привода и частота вращения

       ведомого элемента не заданы, то они могут быть определены по приведенным ниже формулам:

       1. Частота вращения ведомого вала привода, мин^-1

                             10³,

где v – скорость цепи, каната, ленты, установленных на ведомом элементе привода, м/с; D – диаметр ведомого элемента привода (звездочки, барабана, шнека), мм.

      Если ведомым элементом привода является звездочка цепной передачи, ее диаметр определяется по формуле

                                  , мм,

где p - шаг цепи, мм; z - число зубьев звездочки.

    2. Мощность на ведомом валу привода, кВт

                            P_ведом = F ^. v,

где F - тяговое усилие цепи, каната, ленты, кН.

3. Общий КПД привода

                          h _общ = h₁ ^. h ₂ ^. h _{откр ст},

где h ₁, h ₂, h _{откр ст} - КПД механических звеньев привода (зубчатых пар редуктора и открытой ступени ( цепной передачи, открытой зубчатой передачи, ременной передачи), значения которых приведены в табл. 1.              

                            Таблица 1

Тип передачи	Закрытая	Открытая
Цилиндрическая зубчатая	0.97…0.98	0.93…0.95
Коническая	0.95…0.96	0.92…0.94
Цепная	0.95…0.97	0.90…0.93
Ременная		0.95…0.96

4. Мощность на ведущем валу привода

     Из каталога электродвигателей выбирается двигатель, установлен-ная мощность которого не меньше расчетной P_ведущ. Частота вращения вала двигателя выбирается, исходя из того, чтобы передаточное отношение редуктора находилось в промежутке 8 < i _ред < 18,  а передаточное отношение открытой ступени i_{откр ст} < 5. 

       5. Общее передаточное отношение привода

             i_прив = i_ред ^. i_{откр ст} = n_дв / n_ведом,

где i_ред - передаточное отношение редуктора; i_{откр ст} - передаточное отношение открытой ступени; n_дв - частота вращения ротора двигателя при номинальной нагрузке.

      6. Передаточное отношение открытой ступени (открытой цилиндрической или конической передачи, цепной передачи, клиноременной передачи)

                  i_{откр ст} = i_прив  / i_ред.

      При отсутствии в приводе открытой ступени передаточное отношение привода совпадает с передаточным отношением редуктора

                            i_{прив  =} i_ред.

       7. Частоты вращения входного и выходного валов редуктора n_вх и n_вых и мощности на входном и выходном валах редуктора P_вх и P_вых  зависят от того, где размещается открытая ступень редуктора. Если открытая ступень размещена между редуктором и исполнительным органом привода (звездочкой, барабаном, шнеком), то:

                                         n_вх = n_дв;

                             n_вых = n_ведом ^. i_{откр ст}= n_дв / i_ред;

                                     P_вх= P_ведущ;

                                  P_вых = P_ведом / h _{откр ст}.

            Если открытая ступень размещена между электродвигателем и редуктором, то:

                            n_вх = n_дв/ i_{откр ст};

                                    n_вых = n_ведом;

                           P_вх= P_ведущ . h _{откр ст};

                               P_вых= P_ведом .

Проектный расчет редуктора

Рекомендации по выбору исходных параметров двухступенчатого редуктора на стадии проектных расчетов

       1. Предварительные значения допускаемых контактных напряжений для обоих колес ступени (в зависимости от способа термической или химико-термической обработки зубьев):

 - при улучшении          НВ 235…262.              = 500 МПа;   

 - при закалке               ТВЧ HRC 45…50,   = 750 МПа;    

 - при цементации        HRC 56…62,             = 000 МПа.

      2. Вспомогательные коэффициенты К_а:

для прямозубых передач К_а = 495, для косозубых передач К_а = 430.

      3. Коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения нагрузки по ширине венца K_{H b} :

- при твердости одного из колес НВ < 350, K_Hb = 1, 1;

- при твердости обоих колес НВ > 350, K_Hb = 1, 3.

  4. Коэффициент ширины зубчатых колес

                    y _ba = b_w / a_w,

 где b_w -  рабочая ширина венца зубчатой передачи, мм;

a_w – межосевое расстояние передачи, мм.

     Для несимметричного расположения цилиндрических зубчатых колес относительно опор y _ba следует принимать в пределах 0, 25…0, 4, для их симметричного расположения - 0, 3… 0.5.

      Для конических зубчатых колес - K_be = b_w / R_e = 0, 285, где R _e -  внешнее конусное расстояние.

Рекомендации по выбору передаточных отношений отдельных                                                               ступеней редуктора

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: