Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
В.В. Савин, В.Н. Тышкевич, В.Е. Костин, А.В. СаразовСтр 1 из 14Следующая ⇒
В.В. Савин, В.Н. Тышкевич, В.Е. Костин, А.В. Саразов
Курсовое проектирование по прикладной механике (с использованием систем автоматизированного проектирования)
Волжский 2016 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНоГо БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» В Г. ВОЛЖСКОМ
В.В. Савин, В.Н. Тышкевич, В.Е. Костин, А.В. Саразов
Курсовое проектирование по прикладной механике
(с использованием систем автоматизированного проектирования)
Допущено учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника», «Теплоэнергетика и теплотехника»
Волжский 2016 УДК 621.81
Р е ц е н з е н т ы:
Волжский институт строительства и технологий, кандидат технических наук, доцент Поляков С. А.
Филиал «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, кандидат технических наук, доцент Староверов В. В.
Печатается по решению редакционно-издательского совета филиала «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском
Савин, В.В., Тышкевич, В.Н., Костин, В.Е., Саразов, А.В. Курсовое проектирование по прикладной механике (с использованием систем автоматизированного проектирования): учеб. пособие / В.В. Савин, В.Е. Костин, В.Н. Тышкевич, А.В. Саразов; Филиал «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском, 2016. – с.
ISBN 978–5–9948–0632-6
Учебное пособие содержит методику выполнения курсового проекта, справочные данные для расчёта и проектирования механических передач с использованием системы Компас-3D. Приведены примеры выполнения курсового проекта, представлены проектные задания. Предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплины «Детали машин и основы конструирования», «Механика», «Прикладная механика».
ВВЕДЕНИЕ Настоящее пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 140100 «Электроэнергетика и электротехника», «Теплоэнергетика и теплотехника». В пособие представлен материал в соответствии с требованиями федерального образовательного стандарта к преподаванию дисциплины «Прикладная механика», дополненный разделами, позволяющими расширить знания и умения студентов в использовании для расчёта и проектирования механических передач современных систем автоматизированного проектирования Компас-3D. Пособие может использоваться студентами, обучающихся на других направлениях бакалавриата, при изучении дисциплин детали машин, механика, прикладная механика. Пособие может быть полезно инженерам-конструкторам предприятий, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций. Курсовой проект по дисциплине «Прикладная механика» выполняется в пятом семестре. Студенты выполняют курсовой проект по единой схеме: «Расчет привода конвейера». Конвейер может быть ленточным или цепным. Каждое из десяти заданий содержит десять вариантов. Кроме того, можно для схемы одного задания брать варианты другого. Таким образом, можно получить более тысячи вариантов заданий. Объем графической части – три листа чертежей формата А1 (помимо двух листов, указанных в задании, дополнительно третий лист – общий вид привода). В данном типе заданий к курсовым проектам по прикладной механике можно принять срок службы привода 5 лет и рабочую нагрузку его постоянной. Задание На курсовой проект По дисциплине «Прикладная механика»
Тема: проект привода ленточного (цепного) конвейера
исходные данные
1. Мощность на выходном валу 2. Частота вращения ведомого вала 3. Схема привода
Содержание пояснительной записки
Перечень графического материала 1.Сборочный чертеж редуктора 1 лист формата А1. 2. Деталирование 1 лист формата А2. 3. Эскизная компоновка редуктора 1 лист формата А2 (миллиметровка). Пример: Задание 2 Спроектировать привод к ленточному конвейеру по схеме (рисунок 2). Окружное усилие на барабане Ft, окружная скорость барабана ν и диаметр барабана D приведены в таблице 2.
Рисунок 2
Таблица 2
Для заданной схемы привода требуется: 1) Подобрать электродвигатель, выполнить кинематический расчёт привода, определить срок службы привода в часах. 2) Выполнить расчёт цилиндрической зубчатой передачи, разработать конструкцию и рабочий чертёж зубчатого колеса. 3) Выполнить расчёт конической зубчатой передачи, разработать конструкцию и рабочий чертёж зубчатого колеса. Исходные данные подбираются согласно номеру варианта из таблицы 2. Номер варианта выдаётся преподавателем на первом занятии. При оформлении графической части работы в основных надписях рабочих чертежей деталей указывается шифр. Шифр составляется следующим образом: - вид работы – КП (курсовой проект); - дисциплина, по которой выполнятся работа (ПМ – прикладная механика); - год выполнения работы (05 – 2016 г.); - шифр кафедры, на которой изучается дисциплина (ОФ); - курс и семестр (например: 3-й курс, 5-й семестр – 03.05.); - номер задания на курсовой проект (приложение); - вариант (по таблице ). Пример шифра работы, соответствующей: выполнению расчётно-проектного задания №2 по дисциплине «Прикладная механика» в 3-м семестре на 2-м курсе по варианту №2 в 2016 г.:
КП.ПМ.16.ОФ.03.05.02.02 Пример:
Рис. 1. Схема привода Таблица 1 Исходные данные
Обозначения по столбцам: Столбец «Характер нагрузки» Р – равномерная; П – переменная; Т – толчкообразная. Столбец «Тип конической зубчатой передачи»: П – прямозубая; К – с круговым зубом. Столбец «Тип цилиндрической зубчатой передачи»: П – прямозубая; К – косозубая. Выбор электродвигателя Рис. 1.1. Схема привода Требуемая мощность электродвигателя зависит от мощности на исполнительном механизме привода (в приведённой схеме – на ведомой звёздочке), а частота вращения вала электродвигателя зависит от частоты вращения вала ведомой звёздочки. Определяем требуемую мощность электродвигателя Pдв по формуле (1.1), кВт:
где P5 – мощность на ведомой звездочке; h0 - общий коэффициент полезного действия привода (КПД). общий коэффициент полезного действия привода:
где hцп – КПД цепной передачи, hц– КПД цилиндрической зубчатой передачи, hк - КПД конической зубчатой передачи, hрп – КПД ремённой передачи, hп – КПД пары подшипников качения. Значения коэффициентов полезного действия механических передач, муфт и подшипников качения выбираются из таблицы 1.1. Номинальная мощность электродвигателя должна быть не меньше требуемой, то есть должно соблюдаться условие . Номинальная мощность электродвигателя, его тип и номинальное число оборотов выбираются из таблицы 1.2. Таблица 1.1 Таблица 1.2 Таблица 1.3 Таблица 2.1 Допускаемые напряжения Допускаемые контактные напряжения. Расчёт на контактную прочность ведется по допускаемым напряжениям материала колеса, как менее твёрдого (МПа):
где sН0 – предел контактной выносливости при пульсирующем (отнулевом) цикле напряжений, МПа; KHL – коэффициент долговечности; SH – коэффициент безопасности. Для нормализованных, улучшенных и объёмнозакаленных материалов передачи можно принять
где НВmin – минимальная твёрдость колеса в единицах Бринелля, SH – коэффициент безопасности, SH = 1, 1 – для улучшенных и объёмно-закаленных колёс; SH = 1, 2 – для колёс с поверхностным упрочнением (закалка ТВЧ, цементация, азотирование).Коэффициент долговечности
где NH0 – базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости, определяют по средней твёрдости зубьев (таблица 2.2); N4 – число циклов перемены напряжений зубьев колеса за весь срок службы.
При N4> NH0 принимают KHL = 1. Таблица 2.2 Значение числа циклов NH0
где m=6 – для улучшенных зубчатых колёс; m=9 – для закаленных и поверхностно упрочненных зубьев; NF0= 5× 106 – базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости; Ni - число циклов перемены напряжений зубьев шестерни или колеса за весь срок службы. Таблица 2.3 Значение модулей
Угол наклона зубьев bmin для косозубой передачи:
где - ширина колеса. Определение чисел зубьев. Суммарное число зубьев пары шестерня – колесо:
Полученное значение zS округлить в меньшую сторону до целого числа. Действительное значение угла наклона зуба в косозубой передаче:
Точность вычисления угла b до пятого знака после запятой. Число зубьев шестерни:
Значение z1 округлить до ближайшего целого числа. Из условия отсутствия подрезания зубьев рекомендуется z1 ³ 17cos3b. Число зубьев колеса:
Фактическое передаточное число:
Отклонение фактического передаточного числа от номинальной величины:
Геометрические параметры зацепления, мм. Диаметры делительных (начальных) окружностей: шестерни , колеса . Диаметры окружностей выступов: шестерни , колеса . Диаметры окружностей впадин: шестерни , колеса ширина: колеса . шестерни , Фактическое межосевое расстояние: . Проверочный расчёт Окружная скорость, м/c:
По окружной скорости назначают степень точности передачи по таблице 2.4. Таблица 2.4 Таблица 2.5 Значения коэффициента KFa
Таблица 2.6 Значения коэффициентов KHv, KFv при НВ2 £ 350
Примечание: В числителе приведены данные для прямозубых колёс, в знаменателе – для косозубых.
Силы, действующие в зацеплении, Н: - окружная сила ; - осевая сила ; - радиальная сила , где a = 20о - угол зацепления; - нормальная (полная) сила . Проверку прочности зубьев по контактным напряжениям проводят по формуле:
где - коэффициент расчетной нагрузки, K – вспомогательный коэффициент. Для косозубых передач K=376, для прямозубых K=436. Если величина не превышает принятую ранее (в проектном расчёте), проверка зубьев на контактную прочность не требуется. Рис. 2.1. График для определения коэффициента KHa по кривым степени точности Проверка прочности зубьев колеса по напряжениям изгиба:
где - коэффициент расчётной нагрузки, YF1 и YF2 – коэффициенты формы зуба, определяются по таблице 3.7 в зависимости от числа зубьев. Таблица 2.7 Коэффициент формы зуба YF
Конструирование колеса Конструкция зубчатого колеса зависит от проектных размеров, материала, способа получения заготовки и масштаба производства. Основные конструктивные элементы колеса – обод, ступица и диск (рис. 2.2). Обод воспринимает нагрузку от зубьев и должен быть достаточно прочным и в то же время податливым, чтобы способствовать равномерному распределению нагрузки по длине зуба. Ступица служит для соединения колеса с валом. Диск соединяет обод и ступицу. Иногда в диске колеса выполняют отверстия, которые используются при транспортировке и обработке колёс, а при больших габаритах уменьшают массу колеса. В проектируемых редукторах зубчатые колёса получаются, как правило, относительно небольших диаметров, поэтому их целесообразно изготавливать из круглого проката, поковок или горячештампованных заготовок. Ступицу зубчатых колес цилиндрических редукторов обычно располагают симметрично относительно обода. В конструктивном расчёте элементов обода, диска и ступицы используются размеры колеса, полученные в проектном расчёте: диаметр вершин зубьев , ширина колеса и нормальный модуль . Толщина обода, мм: . Полученное значение округлить до ближайшего большего целого числа (d0 ³ 8 мм). Толщина диска, мм: . Полученное значение округлить до ближайшего большего целого числа. Внутренний диаметр ступицы (в данной работе определяем ориентировочно), мм: , где [t] = 20 МПа – допускаемое напряжение при кручении. Полученное значение округлить до ближайшего значения из ряда нормальных линейных размеров (Ra40). Наружный диаметр ступицы, мм: . Длина ступицы, мм: . Для уменьшения массы и экономии материала в диске колеса обычно предусматривают 4…6 отверстий. Диаметр центров отверстий в диске колеса, мм: . Диаметры отверстий в диске колеса, мм: . Радиусы закруглений обычно принимают R ³ 6 (мм) и уклоны - g ³ 7o. Размеры фасок принимают по табл. 2.8. Таблица 2.8 Стандартные размеры фасок
Расчёт зубчатой передачи Определим межосевое расстояние из условия контактной прочности где КН = 1, 4 – коэффициент расчётной нагрузки, ψ а = 0, 4 – коэффициент ширины колеса относительно межосевого расстояния. мм. Принимаем аw = 160 мм. Модуль зацепления мм. Принимаем модуль по стандарту мм. Числа зубьев: суммарное zΣ = ; шестерни z1 = ; колеса . Фактическое передаточное число: . Отклонение передаточного числа от стандартного: . Геометрические размеры зацепления: - диаметры делительных окружностей, мм: ; ; - диаметры окружностей вершин, мм: ; ; - диаметры окружностей впадин, мм: ; ; - ширина зубчатого венца колеса мм; - ширина шестерни мм; - фактическое межосевое расстояние мм. Проверочный расчет Окружная скорость, м/с: . Степень точности изготовления передачи 9. Определяем коэффициенты расчётной нагрузки при расчёте по контактным напряжениям и напряжениям изгиба: , . Определяем коэффициенты динамичности нагрузки по таблице 3.6 , , коэффициенты концентрации нагрузки для прирабатывающихся колёс принимаем , . для прямозубых передач и . Так как фактический коэффициент расчётной нагрузки при расчете по контактным напряжениям , принятого в проектном расчёте, то проверка по контактным напряжениям не требуется. Силы, действующие в зацеплении, Н: - окружная сила ; - радиальная сила ; - полная сила . Проектный расчёт Определение внешнего делительного диаметра колеса de, мм:
где KHb –коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, для колёс с прирабатывающимися прямыми зубьями KHb=1, с круговыми KHb=1, 1; uZ – коэффициент, учитывающий вид зубьев конических колёс. Значения коэффициента uZ приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 Проверочный расчёт Окружная скорость, м/c:
По окружной скорости назначают степень точности передачи по таблице 2.4. Определяем коэффициенты расчётной нагрузки. Коэффициенты KFa и KHa, учитывающие распределение нагрузки между зубьями для прямозубых передач и передач с круговыми зубьями, принимают KFa=KHa=1. По степени точности и окружной скорости по таблице 2.6. определяются коэффициенты динамической нагрузки при расчёте по контактным напряжениям KHv и напряжениям изгиба KFv. Коэффициент KFb, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. Для прямозубых передач KFb = 1 и передач с круговыми зубьями принимают KFb =1, 08. Значения коэффициента KHb приведены в п. 3.1.
Окружная сила, действующая в зацеплении, Н:
Проверка по контактным напряжениям sH, МПа:
где uH=0, 85 – коэффициент, учитывающий пониженную контактную прочность зубьев конических колёс. Проверка прочности зубьев колеса и шестерни по напряжениям изгиба:
где YF1 и YF2 – коэффициенты формы зуба, определяются по таблице 3.7. в зависимости от эквивалентного числа зубьев шестерни zv1 и колеса zv2; Yb=1 - коэффициент, учитывающий наклон зубьев; uF – коэффициент, учитывающий вид зубьев конических колёс: для прямозубых колёс - uF=0, 85, для колёс с круговыми зубьями - uF=1. Эквивалентные числа зубьев шестерни zv1 и колеса zv2 определяют по формуле:
Расчет конической передачи Исходные данные: Крутящий момент на валу конического колеса Т3 = 35924 Н× мм. Число оборотов промежуточного вала редуктора n3 = 464 об/мин. Передаточное число конической передачи uк = 3, 15. Срок службы привода Lh = 29784 часов. Выбор материалов для изготовления конической зубчатой передачи: - шестерня – сталь 45, термообработка - улучшение до твёрдости 235…260 НВ; - колесо – сталь 45, термообработка - нормализация до твёрдости 180…205 НВ. Допускаемые контактные напряжения определяем по материалу колеса, как менее твёрдого. , где МПа, предел выносливости материала по контактным напряжениям при отнулевом цикле нагружения; - коэффициент долговечности при расчёте по контактным напряжениям; N0 = 107 – базовое число циклов нагружения; - расчётное число циклов нагружения зубьев колеса. Так как N2 > NН0, то принимаем КHL = 1; SH = 1, 1 – коэффициент безопасности. МПа. Допускаемые напряжения изгиба: , Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 1192; Нарушение авторского права страницы