Разработка конструкции крана, предназначенного для более быстрой разборки и сборки двигателя (Конструкторская часть дипломного проекта), страница 2

4.6.2 Определение момента сопротивления при вращении крана

Для поворота стрелы необходимо создать на поворотной колонне крутящий момент, превышающий момент сил трения в опорах колонны.

Момент сил трения в опорах найдем по формуле

М_ТР = H∙f∙d/2 + H∙f₁∙d₁/2 +V∙f₁∙d₂/2,                             (4.3)

где f – коэффициент трения в нижней опоре (f = 0,1);

f₁ – приведенный   коэффициент трения в подшипни­ках качения (f₁ = 0,03);

d – диаметр поверхности по которой катятся ролики (d = 0,27 м);

d₁ – диаметр цапфы под сферический шарикопод­шипник (d₁ = 0,07 м);

d₂ – диаметр цапфы под упорный шарикоподшипник (d₂ = 0,035 м).

М_ТР = 4362∙0,1∙0,27/2 + 4362∙0,03∙0,07/2 + 3016∙0,03∙0,035/2 = 65,1 кг∙м.

Для поворота необходимо преодолеть силу трения в опорах. Усилие со стороны рабочего определим по формуле

Р = М_ТР/4 = 16,3 кг.

Это усилие удовлетворяет ГОСТ 21398-98.

Диаметр ролика определится из соотношения D_P = (0,5…0,6)D_С.КОЛ, диаметр оси ролика d_P = (0,25…0,35) D_P (D_С.КОЛ – диаметр стационарной колонны D_С.КОЛ = 245 мм). Принимаем D_P = 138 мм, d_P = 40 мм. Высоту ролика принимаем равной Н = 90 мм.

Диаметр стержня тормозного механизма определим из условия прочности на срез

τ = М_ИН∙4/(π∙r∙d_C²) £ [τ],                                    (4.4)

где М_ИН – момент инерции вращающихся масс крана:

М_ИН = π∙n²∑(Р_i∙x_i²)/900,                                        (4.5)

где n – скорость поворота (n = 2 об/мин);

Р_i – вес i-ой вращающейся массы, Н;

x_i – расстояние от оси вращения крана до центра тяжести i-ой вращающейся массы, м.

М_ИН = 3,14∙2²(20660∙4² + 2100∙2,2² + 7400∙0,2²)/900 = 4759,1 Н.

r – радиус окружности на которой находится ось ролика (r = 0,235 м);

d_C – диаметр стержня, мм;

[τ] – допустимое напряжение на срез (для стали 45 [τ] = 286 МПа).

Из формулы 4.4 выразим d_C.

d_C = √(М_ИН∙4/(π∙r∙[τ]))                                          (4.6)

d_C = √(4759,1∙4/(3,14∙0,235∙286)) = 9,5 мм.

Принимаем d_C = 10 мм.

4.7 Металлоконструкция

4.7.1 Поворотная колонна

Изгибающий момент в консоли крана (сечение а-а на рисунок 4.1)

М_ИЗГа  = (Q + G_Т)∙l₁ + G_С∙l₂,                                      (4.7)

М_ИЗГа  = (2000 +66)∙400 + 210∙219 = 872390 кг∙см.

Момент  сопротивления  сечения  консоли W_ДВ = 743 см³ (момент сопротивления двутавра № 36 по ГОСТ 8240-85). Материал двутавра – сталь Ст 3.

Напряжение изгиба

σ = М_ИЗГа/ W_ДВ £ [σ],                                       (4.8)

где [σ] = 1400 кг/см² — допустимое напряжение изгиба для расчетного случая

нагрузок.

σ = 872390/743 = 1174,1 £ 1400 кг/см²

Изгибающий момент, действующий на вращающуюся колонну (сечение b-b на рисунок4.1), равен изгибающему моменту в консоли крана М_ИЗГb = М_ИЗГа.

Момент   сопротивления   изгибу

W_ИЗГb  = π(D⁴ – d⁴)/(32D),                                 (4.9)

где  D – внешний диаметр вращающейся колонны, см (D = 42,6см);

d – внутренний диаметр вращающейся колонны, см (d = 39,0см).

W_ИЗГb  = 3,14(42,6⁴ – 39,0⁴)/(32∙42,6) = 2257,1 см³.

Напряжение изгиба

σ_ИЗГb = М_ИЗГb/ W_ИЗГb,                                    (4.10)

σ_ИЗГb = 872390/2257,1 = 386,5 кг/см².

Площадь сечения колонны

F = π(D² – d²)/4,                                          (4.11)

F = 3,14(42,6² – 39,0²)/4 = 230,6 см².

Усилие, сжимающее колонну (по формуле 4.1), V = 3016 кг.

Напряжение сжатия

σ_СЖ = V/ F,                                             (4.12)

σ_СЖ = 3016/230,6 = 13,1 кг/см².

Момент сопротивления  кручению

W_КР  = π(D⁴ – d⁴)/(16D),                                 (4.13)

W_КР  = 3,14(42,6⁴ – 39,0⁴)/(16∙42,6) = 4514,3 см³.

Напряжение   кручения

τ = М_ТР/ W_КР,                                         (4.14)

τ = 6510/4514,3 = 1,5 кг/см².