Transcript расчет и конструирование основных деталей механизма
Slide 1
Доцент Кухарь В.Ю.
кафедра горных машин и
инжиниринга, ГВУЗ "НГУ"
Курс
Подъемно- транспортные
машины
Лекция 7
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ
ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА.
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Slide 2
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По возможности стараются выбирать типовые
крюковые подвески по двум условиям:
1) Qп > Q.
2) Режим работы крюковой подвески должен
соответствовать режиму работы механизма
Нормальные подвески
Укороченная подвеска
Slide 3
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
В случае отсутствия типовой крюковой подвески ее
расчет проводят в следующей последовательности
По
заданной
грузоподъемности
принимают
типоразмер
крюка,
выписывают
его
конструктивные размеры.
Slide 4
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По посадочному месту хвостовика крюка и
расчетной нагрузке, превышающей вес
номинального груза на 25%, принимают упорный
подшипник.
Slide 5
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По наружному диаметру принятого подшипника и
длине резьбового хвостовик крюка определяют
размеры опорной гайки.
Slide 6
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По диаметру каната в зависимости от режима
работы механизма определяют минимальный
диаметр
блоков
подвески.
Выписывают конструктивные размеры блока.
Прочерчивают
компоновку
подвески
для
определения ее геометрических размеров.
Slide 7
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
Внутренний диаметр ступицы блока и ее длину
определяют по условию прочности траверсы (оси),
на которой устанавливается блок (крюк и блоки).
Траверсу нормальной подвески рассчитывают
как
свободноопертую
балку
пролетом l ,
нагруженную посередине силой Qc.
Qc
Slide 8
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
Изгибающий момент в опасном сечении траверсы
Qcl
M изг
4
Момент сопротивления траверсы
2
h
b d 0
W тр
6
где l - расстояние между боковыми листами
траверсы;
b и h - ширина и высота траверсы;
d0 - диаметр отверстия для крюка.
Запас прочности по пределу текучести, учитывая
сложную конфигурацию траверсы, принимают n>3
Slide 9
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
Цапфы траверсы проверяют также по давлению
между цапфой и щекой (проверка на смятие).
см
Qc
2 d ц bц
см
где dц - диаметр цапфы траверсы;
bц – толщина щеки крюковой подвески;
см - допускаемое напряжение смятия.
Допускаемое давление не должно превышать
35 МПа во избежание задира поверхности при
повороте траверсы.
Slide 10
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Расчет барабана на прочность заключается в
определении толщины его стенки.
Нагрузки, действующие на барабан:
- равномерно распределенная сжимающая сила q
от намотанного каната,
- сосредоточенная сила Smax=S′ (в одном сечении),
равная натяжению каната.
Наиболее нагруженным является сечение, в
котором действует сосредоточенная сила Smax.
Smax
Slide 11
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Толщина стенки барабана (приближенно), мм
где Smax - наибольшее статическое натяжение
каната;
t – расстояние между соседними витками
каната, мм,
- для нарезного барабана с однослойной
навивкой каната t=dк+2…3 мм,
- для гладкого барабана с многослойной
навивкой каната t=dк;
– допускаемое напряжение сжатия
для материала барабана, МПа.
Slide 12
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Допускаемые напряжения сжатия для различных
материалов барабана, МПа
Slide 13
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Исходя из условий технологии изготовления
литых барабанов
толщина стенки чугунного барабана, мм
толщина стенки стального барабана, мм
где
- диаметр барабана по дну канавок, мм.
Slide 14
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Значение коэффициента, учитывающего
влияние
,
деформаций стенки барабана и каната
где Ек – модуль упругости каната; для шестипрядных
канатов с органическим сердечником Ек=88 260 МПа,
для канатов с металлическим сердечником Ек=107 800
МПа;
Fк – площадь сечения всех проволок каната, мм2;
Еб – модуль упругости стенки барабана;
для сварных стальных барабанов Еб =205 900 МПа,
для литых стальных барабанов Еб =186 300 МПа,
для чугунных барабанов Еб =98 000 МПа;
δ принимается равной δп.
Slide 15
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Окончательно толщина цилиндрической
стенки
,
барабана, мм
При отношении длины барабана к его диаметру
допускаемые напряжения в формуле следует
уменьшить на С при навивке на барабан двух концов
каната и на 0,5С при навивке одного конца.
причем для
= 0,1: 0,2; 0,3 можно принять
С =5; 10; 15% соответственно.
Slide 16
,
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Устойчивость цилиндрической
стенки барабана
,
проверяют по формуле
где n - запас устойчивости цилиндрической стенки.
Его допускаемое значение
для стальных барабанов [n] =1,7
для чугунных барабанов [n] = 2,0;
σн- номинальное напряжение в цилиндрической
стенке барабана;
σк - критическое напряжение.
Slide 17
,
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Номинальное напряжение ,в цилиндрической
стенке барабана
Критическое напряжение в цилиндрической стенке
барабана
но не более σк = 0,8 σт для стальных барабанов и
σк = 0,6 σт для чугунных барабанов ;
Rб0 - радиус барабана по дну канавок, мм;
- расстояние между торцевыми стенками, или кольцом
жесткости и торцевой стенкой, или между кольцами
жесткости.
Slide 18
,
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
,
Если
устойчивость
цилиндрической
стенки
барабана недостаточная, то или увеличивают
толщину стенки, или вводят кольца жесткости.
Slide 19
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
К конструкции крепления, каната на барабане
предъявляют требования:
- высокой надежности,
- доступности для осмотра,
- простоты в изготовлении,
- удобства смены каната.
Канат в месте крепления не должен подвергаться
резкому изгибу.
Нормами
Госгорпромнадзора
обусловлено
крепление каната на барабане клиновыми
зажимами или прижимными планками.
Slide 20
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Наибольшее применение, находит крепление
каната планками, прижимающими канат к
барабану.
Канат из крайней канавки барабана переводят сразу в
третью, для чего частично вырубают выступы
нарезки. Среднюю канавку используют для установки
крепежных болтов или шпилек. Кроме того, канат
может закрепляться на боковой части барабана.
Slide 21
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Каждая планка прижимает
канат к барабану с
,
помощью одного или двух болтов.
Одноболтовых планок, независимо от расчета,
обычно устанавливают не менее двух.
В случае крепления прижимными планками с
двумя болтами на каждой устанавливают
- по одной планке для каната диаметром до 31 мм;
- по две планки при большем диаметре каната.
Slide 22
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Суммарное
усилие
болтов,
, растяжения
прижимающих канат к барабану, Н
где f=0,10...0,12 - коэффициент трения между
канатом и барабаном;
γ - угол наклона боковой грани трапециевидного
выреза и планке к вертикали;
α - угол обхвата барабана неприкосновенными
витками.
Slide 23
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Необходимое число болтов,
где k1 = 1,5 - коэффициент запаса надежности
крепления каната к барабану;
- приведенный коэффициент трения
между канатом и поверхностью планки;
- расстояние от дна канавки на барабане до
верхней плоскости прижимной планки,
- допускаемые напряжения растяжения
в болте.
Slide 24
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Таким образом, задаваясь диаметром
болта,
,
получают необходимое их количество.
Обычно принимают при диаметре каната
до 12,5 мм болты (шпильки) М12,
до 15,5 мм болты (шпильки) M16,
до 17,5 мм болты (шпильки) М20.
Slide 25
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
,
Ось барабана испытывает напряжение
изгиба от
действия усилий одной ветви каната при
одинарном полиспасте (двух ветвей каната при
сдвоенном полиспасте), а также от собственного
веса барабана.
При передаче крутящего момента вал барабана
дополнительно испытывает напряжения кручения.
При совместном действии напряжений изгиба и
кручения расчет ведется по эквивалентным
напряжениям.
Slide 26
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
Ось барабана испытывает
напряжение изгиба от
действия усилий одной
ветви каната при
одинарном полиспасте
(двух ветвей каната при
сдвоенном полиспасте), а
также от собственного
веса барабана.
При передаче крутящего
момента вал барабана
дополнительно
испытывает напряжения
кручения.
,
Slide 27
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
Нагрузки на ступицы барабана,
Н
,
Длины нарезанной части ℓн и длины гладкой части
ℓгл барабана принимают по предварительному
расчету размеров барабана.
Расстояние от ступиц барабана до опор оси
предварительно можно принять ℓ1=120 мм,
ℓ2=200мм,
длину оси барабана ℓ=L+(150...200) мм.
Slide 28
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
Диаметр оси под ступицей, мм
где К0=2,0…2,8 – коэффициент, учитывающий
конструкцию детали,
σ-1- передел выносливости,
[n] - допускаемый коэффициент запаса прочности
(для групп режимов работы 1М, 2М, ЗМ – 1,4; для
4М – 1,6 и для 5М – 1,7).
Slide 29
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Выбранное оборудование устанавливают так,
чтобы их оси вращения лежали в одной
горизонтальной плоскости. При этом всегда
оказывается, что расстояние по высоте от оси до
опорных площадок сборочных единиц разное.
Определяющим размером положения лебедки
является высота вала редуктора .
Slide 30
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Рама
из швеллеров
Для объединения сборочных единиц в один
законченный механизм и устранения разности высот
осей вращения сборочные единицы устанавливают на
рамы в виде сваренных из прокатных профилей
конструкций.
Slide 31
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
На компоновочной схеме относительное положение
отдельных сборочных единиц фиксируют размерами,
одни (отмечены звездочками) берут из
предварительных расчетов и по справочникам на
стандартные изделия, остальные рассчитывают
Доцент Кухарь В.Ю.
кафедра горных машин и
инжиниринга, ГВУЗ "НГУ"
Курс
Подъемно- транспортные
машины
Лекция 7
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ
ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА.
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Slide 2
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По возможности стараются выбирать типовые
крюковые подвески по двум условиям:
1) Qп > Q.
2) Режим работы крюковой подвески должен
соответствовать режиму работы механизма
Нормальные подвески
Укороченная подвеска
Slide 3
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
В случае отсутствия типовой крюковой подвески ее
расчет проводят в следующей последовательности
По
заданной
грузоподъемности
принимают
типоразмер
крюка,
выписывают
его
конструктивные размеры.
Slide 4
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По посадочному месту хвостовика крюка и
расчетной нагрузке, превышающей вес
номинального груза на 25%, принимают упорный
подшипник.
Slide 5
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По наружному диаметру принятого подшипника и
длине резьбового хвостовик крюка определяют
размеры опорной гайки.
Slide 6
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
По диаметру каната в зависимости от режима
работы механизма определяют минимальный
диаметр
блоков
подвески.
Выписывают конструктивные размеры блока.
Прочерчивают
компоновку
подвески
для
определения ее геометрических размеров.
Slide 7
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
Внутренний диаметр ступицы блока и ее длину
определяют по условию прочности траверсы (оси),
на которой устанавливается блок (крюк и блоки).
Траверсу нормальной подвески рассчитывают
как
свободноопертую
балку
пролетом l ,
нагруженную посередине силой Qc.
Qc
Slide 8
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
Изгибающий момент в опасном сечении траверсы
Qcl
M изг
4
Момент сопротивления траверсы
2
h
b d 0
W тр
6
где l - расстояние между боковыми листами
траверсы;
b и h - ширина и высота траверсы;
d0 - диаметр отверстия для крюка.
Запас прочности по пределу текучести, учитывая
сложную конфигурацию траверсы, принимают n>3
Slide 9
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ
Цапфы траверсы проверяют также по давлению
между цапфой и щекой (проверка на смятие).
см
Qc
2 d ц bц
см
где dц - диаметр цапфы траверсы;
bц – толщина щеки крюковой подвески;
см - допускаемое напряжение смятия.
Допускаемое давление не должно превышать
35 МПа во избежание задира поверхности при
повороте траверсы.
Slide 10
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Расчет барабана на прочность заключается в
определении толщины его стенки.
Нагрузки, действующие на барабан:
- равномерно распределенная сжимающая сила q
от намотанного каната,
- сосредоточенная сила Smax=S′ (в одном сечении),
равная натяжению каната.
Наиболее нагруженным является сечение, в
котором действует сосредоточенная сила Smax.
Smax
Slide 11
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Толщина стенки барабана (приближенно), мм
где Smax - наибольшее статическое натяжение
каната;
t – расстояние между соседними витками
каната, мм,
- для нарезного барабана с однослойной
навивкой каната t=dк+2…3 мм,
- для гладкого барабана с многослойной
навивкой каната t=dк;
– допускаемое напряжение сжатия
для материала барабана, МПа.
Slide 12
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Допускаемые напряжения сжатия для различных
материалов барабана, МПа
Slide 13
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Исходя из условий технологии изготовления
литых барабанов
толщина стенки чугунного барабана, мм
толщина стенки стального барабана, мм
где
- диаметр барабана по дну канавок, мм.
Slide 14
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Значение коэффициента, учитывающего
влияние
,
деформаций стенки барабана и каната
где Ек – модуль упругости каната; для шестипрядных
канатов с органическим сердечником Ек=88 260 МПа,
для канатов с металлическим сердечником Ек=107 800
МПа;
Fк – площадь сечения всех проволок каната, мм2;
Еб – модуль упругости стенки барабана;
для сварных стальных барабанов Еб =205 900 МПа,
для литых стальных барабанов Еб =186 300 МПа,
для чугунных барабанов Еб =98 000 МПа;
δ принимается равной δп.
Slide 15
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Окончательно толщина цилиндрической
стенки
,
барабана, мм
При отношении длины барабана к его диаметру
допускаемые напряжения в формуле следует
уменьшить на С при навивке на барабан двух концов
каната и на 0,5С при навивке одного конца.
причем для
= 0,1: 0,2; 0,3 можно принять
С =5; 10; 15% соответственно.
Slide 16
,
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Устойчивость цилиндрической
стенки барабана
,
проверяют по формуле
где n - запас устойчивости цилиндрической стенки.
Его допускаемое значение
для стальных барабанов [n] =1,7
для чугунных барабанов [n] = 2,0;
σн- номинальное напряжение в цилиндрической
стенке барабана;
σк - критическое напряжение.
Slide 17
,
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
Номинальное напряжение ,в цилиндрической
стенке барабана
Критическое напряжение в цилиндрической стенке
барабана
но не более σк = 0,8 σт для стальных барабанов и
σк = 0,6 σт для чугунных барабанов ;
Rб0 - радиус барабана по дну канавок, мм;
- расстояние между торцевыми стенками, или кольцом
жесткости и торцевой стенкой, или между кольцами
жесткости.
Slide 18
,
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КАНАТНОГО БАРАБАНА
,
Если
устойчивость
цилиндрической
стенки
барабана недостаточная, то или увеличивают
толщину стенки, или вводят кольца жесткости.
Slide 19
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
К конструкции крепления, каната на барабане
предъявляют требования:
- высокой надежности,
- доступности для осмотра,
- простоты в изготовлении,
- удобства смены каната.
Канат в месте крепления не должен подвергаться
резкому изгибу.
Нормами
Госгорпромнадзора
обусловлено
крепление каната на барабане клиновыми
зажимами или прижимными планками.
Slide 20
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Наибольшее применение, находит крепление
каната планками, прижимающими канат к
барабану.
Канат из крайней канавки барабана переводят сразу в
третью, для чего частично вырубают выступы
нарезки. Среднюю канавку используют для установки
крепежных болтов или шпилек. Кроме того, канат
может закрепляться на боковой части барабана.
Slide 21
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Каждая планка прижимает
канат к барабану с
,
помощью одного или двух болтов.
Одноболтовых планок, независимо от расчета,
обычно устанавливают не менее двух.
В случае крепления прижимными планками с
двумя болтами на каждой устанавливают
- по одной планке для каната диаметром до 31 мм;
- по две планки при большем диаметре каната.
Slide 22
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Суммарное
усилие
болтов,
, растяжения
прижимающих канат к барабану, Н
где f=0,10...0,12 - коэффициент трения между
канатом и барабаном;
γ - угол наклона боковой грани трапециевидного
выреза и планке к вертикали;
α - угол обхвата барабана неприкосновенными
витками.
Slide 23
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Необходимое число болтов,
где k1 = 1,5 - коэффициент запаса надежности
крепления каната к барабану;
- приведенный коэффициент трения
между канатом и поверхностью планки;
- расстояние от дна канавки на барабане до
верхней плоскости прижимной планки,
- допускаемые напряжения растяжения
в болте.
Slide 24
,
КРЕПЛЕНИЕ КОНЦА КАНАТА НА БАРАБАНЕ
Таким образом, задаваясь диаметром
болта,
,
получают необходимое их количество.
Обычно принимают при диаметре каната
до 12,5 мм болты (шпильки) М12,
до 15,5 мм болты (шпильки) M16,
до 17,5 мм болты (шпильки) М20.
Slide 25
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
,
Ось барабана испытывает напряжение
изгиба от
действия усилий одной ветви каната при
одинарном полиспасте (двух ветвей каната при
сдвоенном полиспасте), а также от собственного
веса барабана.
При передаче крутящего момента вал барабана
дополнительно испытывает напряжения кручения.
При совместном действии напряжений изгиба и
кручения расчет ведется по эквивалентным
напряжениям.
Slide 26
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
Ось барабана испытывает
напряжение изгиба от
действия усилий одной
ветви каната при
одинарном полиспасте
(двух ветвей каната при
сдвоенном полиспасте), а
также от собственного
веса барабана.
При передаче крутящего
момента вал барабана
дополнительно
испытывает напряжения
кручения.
,
Slide 27
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
Нагрузки на ступицы барабана,
Н
,
Длины нарезанной части ℓн и длины гладкой части
ℓгл барабана принимают по предварительному
расчету размеров барабана.
Расстояние от ступиц барабана до опор оси
предварительно можно принять ℓ1=120 мм,
ℓ2=200мм,
длину оси барабана ℓ=L+(150...200) мм.
Slide 28
,
РАСЧЕТ ОСИ БАРАБАНА
Диаметр оси под ступицей, мм
где К0=2,0…2,8 – коэффициент, учитывающий
конструкцию детали,
σ-1- передел выносливости,
[n] - допускаемый коэффициент запаса прочности
(для групп режимов работы 1М, 2М, ЗМ – 1,4; для
4М – 1,6 и для 5М – 1,7).
Slide 29
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Выбранное оборудование устанавливают так,
чтобы их оси вращения лежали в одной
горизонтальной плоскости. При этом всегда
оказывается, что расстояние по высоте от оси до
опорных площадок сборочных единиц разное.
Определяющим размером положения лебедки
является высота вала редуктора .
Slide 30
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
Рама
из швеллеров
Для объединения сборочных единиц в один
законченный механизм и устранения разности высот
осей вращения сборочные единицы устанавливают на
рамы в виде сваренных из прокатных профилей
конструкций.
Slide 31
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА
На компоновочной схеме относительное положение
отдельных сборочных единиц фиксируют размерами,
одни (отмечены звездочками) берут из
предварительных расчетов и по справочникам на
стандартные изделия, остальные рассчитывают