Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
Горбунов Борис Николаевич МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯпо выполнению курсового проекта по дисциплине «ДЕТАЛИ МАШИН» для технических специальностей Астана, 2009 Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина Кафедра «Техническая механика»
Автор: к.т.н., доцент Горбунов Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Детали машин» и включает все необходимые сведения по выполнению курсового проектирования. Методические указания предназначены для студентов технических специальностей. Рецензент: Заведующий кафедрой «Машиностроения» к.т.н. Гришин А.Н. Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры технической механики Протокол №____ от «_____» ____________ 200__ г. Рассмотрено и рекомендовано на заседании методической комиссии архитектурного факультета. Протокол №____ от «_____» ____________ 200__г. © Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, 2009г. © Горбунов Б.Н. ВВЕДЕНИЕ В машиностроении применяют механические, электрические, гидравлические и пневматические передачи. Наибольшее распространение получили механические передачи. Их применяют не только как самостоятельные, но и в сочетании с другими видами передач. В курсе "Детали машин" изучают только механические передачи общего назначения. Все механические передачи разделяют на две основные группы: I - передачи, основанные на использовании трения (ременные, фрикционные); II - передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, червячные, цепные, винтовые). Расчет механических передач составляет основную часть курсового проекта по деталям машин. Выполнение проекта - первая самостоятельная творческая работа, в ходе которой у студентов, не имеющих опыта проектирования, возникает много трудностей. К ним относятся: установление последовательности выполнения работы, правильное сочетание расчета и конструирования, выбор "лишних" неизвестных в расчетных формулах, выбор материалов и термообработки, обеспечение технологичности конструкции, выполнение условий сборки и т.д. В заданиях к курсовому проекту по деталям машин наиболее часто встречаются зубчатые, червячные, ременные и цепные передачи. Самостоятельное выполнение расчетов этих передач представляет для учащихся, с методической стороны, значительные трудности. А отсутствие оформленной в письменном виде единой методики расчета несколько усложняет также работу преподавателей, заставляя их неоднократно излагать студентам материал, по существу, справочного порядка. Изложенные в предлагаемом пособии методики выполнения расчета некоторых механических передач должны восполнить в некоторой степени этот пробел. Следует отметить, что данные указания ни в коей мере не заменяют, а лишь дополняют учебник по курсу "Детали машин". Равным образом оно не предназначено для замены справочной литературы, используемой студентами при курсовом проектировании. На практике наиболее часто применяют следующие виды расчетов передач: а) проектный расчет новой передачи; б) проверочный расчет заданной передачи (определение ее несущей способности); в) расчет новой передачи для замены заданной. При курсовом проектировании используется в основном вариант "а", так как в тему курсового проекта обычно входит конструирование и расчет новой передачи. Ниже приводится примерное содержание исходных данных для расчета передачи и объем работы при проектном расчете новой передачи. 1.1. Указания по выполнению курсового проекта Пояснительная записка пишется на листах формата А4 (297x210 мм) на одной стороне при вертикальном расположении листов. Листы должны быть пронумерованы в правом верхнем углу цифрой с точкой. Слева оставляются поля шириной 20 мм, справа, сверху и снизу по 5. Первый лист пояснительной записки должен содержать схему проектируемого изделия и исходные данные. Объем пояснительной записки 35-40 листов при количестве строк на листе около 30. Пояснительная записка пишется на бумаге для пишущей машинки или на развернутых листах ученической тетради с обрезанием их до стандартного размера. Титульный лист оформляется чертежным шрифтом на чертежной бумаге. Допускается применение стандартных бланков титульного листа, выдаваемых кафедрой, с заполнением его чертежным шрифтом. 1.2. Порядок расчета в курсовом проекте. 1. Определение общего КПД редуктора. 2. Расчет мощности электродвигателя и его выбор. 3. Определение общего передаточного числа редуктора и распределение его по ступеням с учетом требований стандарта. 4. Определение мощности, частоты вращения (угловой скорости) и крутящего момента каждого вала с учетом КПД передач. 5. Выбор материалов и термообработки. 6. Определение допускаемых напряжений. 7. Определение расчетных нагрузок. 8. Определение межосевых (конусных) расстояний расчетом на контактную прочность и их выбор. При проверке зубьев на контактную прочность допускается перегрузка не более 5% и недогрузка не более 15%. При выходе за указанные пределы необходимо произвести перерасчет. 9. Определение модулей зубьев расчетом на изгиб и их выбор. 10. Определение размеров шестерен. Составление сводной таблицы геометрических параметров элементов редуктора. 11. Расчет ременной и цепной передачи. 12. Эскизная компоновка редуктора (лист миллиметровой бумаги с эскизом компоновки подшивается в пояснительную записку). 13. Проектный расчет валов. 14. Конструирование валов. 15. Уточненный расчет валов с построением эпюр моментов и определением коэффициентов запаса прочности, который должен быть в пределах 1,5-2,5. При полученных при расчете других значений необходимо произвести перерасчет. Для червячного редуктора расчет валов производят на жесткость. 16. Определение размера корпусных деталей. 17. Смазка (для червячных редукторов - тепловой расчет). 18. Расчет и подбор подшипников по динамической грузоподъемности. 19. Расчет и подбор шпонок. 20. Описание сборки и эксплуатации. В конце пояснительной записки приводится список использованной литературы и содержание. Графическая часть проекта во всех заданиях содержит 2 листа формата А1 (594x841 мм): на первом листе выполняют сборочный чертеж редуктора. На втором листе, расчерченном на форматы А4, А3 или А2, помещают рабочие чертежи деталей редуктора и гибких приводов: ведомый и промежуточный валы, зубчатое или червячное колесо, червяк, шкив, звездочку, муфту, нижнее основание или крышку редуктора. Все чертежи выполняются карандашом на чертежной бумаге. На каждую сборочную единицу составляют спецификацию. Спецификации выполняются чертежным шрифтом (допускается использование стандартных бланков) и подшиваются в конце пояснительной записки. 1.3. Задание на курсовой проект Номер типа задания выбирают по последней цифре шифра, а номер варианта - по предпоследней. Например, для шифра с/х 80-012 тип задания №2, номер варианта №1 (см. приложение 1,2). Если шифр оканчивается на 0, то соответствует варианту 10 и тип 10. 2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В общем случае для выбора электродвигателя строят нагрузочные диаграммы, выражающие зависимость вращающего момента, мощности N и силы тока I от времени t. Затем по каталогу подбирают электродвигатель, имеющий соответствующую характеристику, проверяют его на перегрузочную способность и на нагрев при установившемся и переходном режимах по методу, излагаемому в курсе электропривода. В ряде случаев задача значительно упрощается: 1. При длительной неизменной или слабо меняющейся нагрузке электродвигатель выбирают из каталога по номинальной мощности, соответствующей заданной нагрузке, на нагрев двигатель не проверяют, так как завод произвел все необходимые расчеты и гарантирует длительную работу двигателя при номинальной мощности. 2. При повторно-кратковременном режиме выбирают специальные электродвигатели с повышенным пусковым моментом также непосредственно по каталогу с учетом продолжительности включения (ПВ%), указываемой в задании на проектирование и в каталоге. Рассмотренные два случая охватывают большое число механизмов (вентиляторы, насосы, компрессоры, конвейеры, шнеки, лебедки кранов и др.). В заданиях на проектирование по курсу "Детали машин" обычно дают механизмы, для которых электродвигатели выбирают по номинальной мощности без проверки на нагрев. Рассмотрим более подробно вопрос об определении требуемой номинальной мощности электродвигателя по заданной нагрузке на рабочем валу машины, к которой проектируется привод. Если задано окружное усилие F в Ньютонах (Н) на барабане, звездочке или зубчатом колесе и окружная скорость V в м/с, то номинальная мощность Р в ваттах (Вт) определяют из уравнения  (2.1.)Полученную величину мощности переводят в киловатты (1кВт = 1000Вт). Если величина силы задана в кг, мощность в кВт находят по формуле  (2.2.)В том случае, когда окружная скорость V в м/с не дана, а известны диаметр Д (м) барабана и его угловая скорость w в рад/с или n в об/мин, то окружную скорость определяют по формулам:  (2.3.) (2.4.)Мощность Р в Вт связана с вращающимся моментом Т в Н м и угловой скорости w в рад/с с зависимостью  (2.5.)Если вращающий момент Т задан в кГм, угловая скорость n в об/мин, то мощность Р в кВт определяют по формуле:  (2.6.)Для определения требуемой номинальной мощности электродвигателя надо знать общий к.п.д. привода , тогда  (2.7.) (2.8.)где 1 , 2, 3, .... k - к. п. д., учитывающие потери в отдельных кинематических передачах: в зубчатых, ременных, цепных, червячных передачах, в опорах валов (подшипниках), муфтах и т.д. Формула (2.8.) верна только при последовательной передаче работы (мощности). Подшипники, на которые опирается любой вал привода, работают параллельно, и к.п.д., учитывающий потери в подшипниках одного вала (независимо от количества подшипников),выражается одним сомножителем в формуле (2.8.). Для одной пары подшипников качения п =0,99-0,995; для одной пары подшипников скольжения п = 0,98-0,99 в зависимости от условий смазки. После того как будет найдена требуемая номинальная мощность Nэддвигателя, следует определить тип двигателя для заданных конкретных условий. При курсовом проектировании привода следует выбирать трехфазовые асинхронные электродвигатели, причем нужно учесть, что назначение электродвигателя с большим запасом мощности приводит к излишним динамическим нагрузкам элементов привода и снижает к.п.д. электросистемы. К основным типам асинхронных электродвигателей трехфазного тока, предназначенных для приводов общего применения, относятся двигатели единой серии марок; 4АН - электродвигатели в защищенном исполнении, предохраняющем от попадания капель и твердых частиц и от прикосновения к вращающимся токоведущим частям; 4А - электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТу 19523-81 и модификации; АОП2 - то же, с повышенным пусковым моментом, для привода машин, имеющих пиковую нагрузку ( конвейеры, транспортеры); Таблица 2.1-Среднее значение к.п.д. механических передач (без учета потерь в подшипниках)
АОС2 - то же, с повышенным скольжением, для привода машин с ударными нагрузками, с частыми пусками и переключениями (прессы, молоты и пр.); АОТ2 - для текстильной промышленности и для производства со сходными условиями эксплуатации. Цифры после дефиса означают габариты статора, сердечника и число полюсов, например, АОП2-61-6 означает: электродвигатель асинхронный, закрытый, обдуваемый, с повышенным пусковым моментом, наружный диаметр статора - шестого габарита, порядковая длина сердечника первая, число полюсов - 6. Форма исполнения электродвигателей: М-100 - электродвигатели горизонтальные, станина на лапах; М-200 - электродвигатель с дополнительным фланцем на щите; М-300 - горизонтальные, с фланцем на щите, без лап; М-302 - вертикальные, с фланцем на щите, без лап. (Технические данные электродвигателей содержатся в каталогах). Для выбранного электродвигателя из каталога выписывают следующие данные:
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ПРИВОДА И РАЗБИВКА ЕГО ПО СТУПЕНЯМ Для определения передаточного числа привода надо знать частоту вращения nдв выбранного двигателя при номинальном режиме (см. раздел I ) и частоту вращения приводного вала nт; если она не задана непосредственно, то ее определяют по другим исходным данным, например, если даны скорость V (м/с), ленты транспортера и диаметр барабана D (мм), то:  об/мин (3.1.)Если даны скорость тяговых звездочек V (м/с), шаг тяговой цепи t (мм) и число зубьев тяговой звездочки Z, то :  (3.2.)Общее передаточное число привода:  (3.3.)где U1,U2,U3,...Uk - частные передаточные числа отдельных передач (ступеней). Далее разбивают Uобщпо ступеням заданной кинематической схемы. Задача эта допускает множество решений, из которых нужно выбрать оптимальное для данного привода. Хотя универсального критерия целесообразности разбивки общего передаточного числа дать нельзя, однако можно привести некоторые рекомендации по выбору частных передаточных чисел. По возможности не следует брать наибольшее значение передаточных чисел, приведенных в курсах "Детали машин", справочниках и других источниках, так как габариты передач получаются при этом весьма большими. Например, по ГОСТу 2185-66 для зубчатой пары допускается Umax=12,5; такая передача оказывается более громоздкой, чем двухступенчатая, с тем же передаточным числом. В одинаковой мере сказанное относится к передачам ременной, цепной, фрикционной. При разбивке общего передаточного числа рекомендуется исходить из ориентировочных значений частных передаточных чисел, приводимых в таблице 3.1. Разбивка общего передаточного числа внутри механизма между различными передачами производится с учетом их вида и расположения. Таблица 3.1- Рекомендованные значения передаточных чисел для различных понижающих передач.
При разбивке общего передаточного числа по зубчатым передачам необходимо учитывать предлагаемое устройство механизма. В редукторах с валами, расположенными в одной горизонтальной плоскости, следует стремиться к более равномерному заполнению колесами корпуса и улучшению условий смазки всех передач. Это достигается различной величиной модуля зубчатых пар, а также тем, что в двухступенчатых цилиндрических редукторах рекомендуется принимать U быстроходной ступени  , в трехступенчатых U1 >U2 >U3, примерно на 30%. Для соосных редукторов может быть выбрано  . Для коническо-цилиндрических редукторов U1 < .Передаточное число червячной пары следует выбирать с учетом числа заходов червяка и ограничения максимального числа зубьев колеса. Для повышения к.п.д. и уменьшения нагрева силовой передачи рекомендуется применение 4- и 2- заходных червяков. 3.1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ Общее передаточное число привода | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
