Детали машин: Методические указания по выполнению курсового проекта

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет

 

Кафедра деталей машин

ДЕТАЛИ МАШИН

Методические указания

по выполнению курсового проекта

Санкт-Петербург

 2003

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по деталям машин — это первая расчет-но-конструкторская работа студента, имеющая целью научить его рассчитывать и конструировать отдельные узлы и детали, привить навыки самостоятельного решения инженерных за-дач конструкторского характера. Эта работа подготавливает студента к выполнению более сложных задач, предусматри-ваемых курсовыми проектами по специальным курсам и дип-ломным проектом.

Выполнение курсового проекта по деталям машин завер- шает общетехническую подготовку студента и способствует закреплению и углублению знаний, полученных при изучении общетехнических дисциплин: машиностроительного черчения, теоретической механики, теории машин и механизмов, сопро-тивления материалов, технологии металлов и деталей машин. Курсовое проектирование по деталям машин имеет большое значение  в  развитии  самостоятельной   творческой   работы студентов и прививает им навыки рационализации и изобре-тательства.

Настоящие методические указания не заменяют учебни-ков и учебных пособий, а дают лишь указания в отношении последовательности разработки проекта, его оформления, а также некоторые рекомендации по выполнению отдельных разделов.

1.  ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Проект состоит из расчетно-пояснительной записки и гра-фической части.

Расчетно-пояснительная записка объемом 30—40 страниц
должна включать:

1)  титульный лист;

2)  содержание;

3)  задание на проектирование;

4)  выбор электродвигателя;

5)  кинематический и силовой расчет привода;

6)  расчет механических передач;

.  7) предварительный (ориентировочный) расчет валов;

8)  предварительный выбор подшипников;

9)  определение конструктивных размеров   зубчатых ко-
лес, шкивов, звездочек, элементов корпуса и крышки редук-
тора;

10)  расчет шпоночных, шлицевых соединений и соедине-
ний с гарантированным натягом;                                    ,

11)  проверочный расчет подшипников;

12)  проверочный расчет валов;

13)  тепловой расчет редуктора (только червячного);

14)  выбор смазки;

15)  порядок сборки редуктора;

16)  подбор и расчет муфт;

17)  список использованной литературы.

Графическая часть проекта объемом 3,5—5 листов форма-
та 24 должна включать:

1) чертеж общего вида привода — 1 л.;

2) сборочный чертеж редуктора — 1—2 л.;

3)  сборочный чертеж муфты — 0,5л.;

4)  рабочие чертежи деталей — 1 —1,5 л.;

5)  спецификации.

2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

2.1. Ознакомление с заданием и аналогичными

конструкциями

Задание (техническое задание) выдается студенту в виде схемы привода с необходимыми исходными данными для ра-счета. В частности, в задании приводится график нагрузки (рис. 1), на котором величина М_п — это пиковый (наиболь-ший) крутящий момент, возникающий в периоды пуска ма-шины. Момент М_п действует кратковременно, и при его дей-ствии должна быть обеспечена прочность (объемная и кон-тактная) всех деталей привода. Моменты М₁ и М₂действуют соответственно, время t₁ и t₂за весь срок службы привода. При действии моментов M₁и М₂должны быть обеспечены

выносливость (объёмная" и контактная), износостойкость, жесткость и теплостойкость деталей привода. Числовое зна-чение окружного усилия на исполнительном  органе приве-дено в задания только при действии момента M₁. Величины моментов М_п и М₂ определяются в зависимости от величины момента М₁.

Рис. 1. График нагрузки

Работу над проектом следует начинать с тщательного изучения задания: назначения и схемы привода, исходных числовых данных для расчета и т. п.  За  всеми разъяснения-ми необходимо обращаться к руководителю. После знаком-ства с заданием студент должен подобрать необходимую для проектирования литературу: учебник [1 или 2], атлас конст-рукций [3], учебное пособие для расчетов [4], учебное посо-бие по конструированию {5 или 6], справочник конструктора-машиностроителя   [7], сборники  ГОСТ  ЕСКД   [8—10].

Большое значение для качества и сроков проектирования имеет использование существующих материалов. Для этого необходимо ознакомиться   (изучить)  с конструкциями,  по-добнымизаданной, по  атласам, учебникам, учебным посо-биям, справочникам,   чертежам,   фотографиям и т. п.   При этом студент, должен разобраться в назначении основных де-талей и узлов   привода; способах их крепления, последова-тельности сборки и разборки. Изучение этих материалов дол-жно  сопровождаться  составлением  эскизов  отдельных   мест,

которые, пo мнению пpoeктaнтa, представляют для него опре-деленный интерес. В результате знакомства с существующими конструкциями выбирается прототип проектируемого привода и после критического анализа намечаются конкретные изме-нения, улучшающие конструкцию.

В современных условиях при создании технически грамот-ной конструкции изделия необходимо при проектировании одновременно обеспечить высокие эксплуатационные пока-затели и технологичность деталей и узлов. Поэтому уже на стадии ознакомления с существующими конструкциями необ-ходимо помнить, что к готовому проекту предъявляются сле-дующие основные технические требования:

1)  обоснованность применения каждого элемента  конст-
рукции;

2)  соответствие конструктивных форм   детали   условиям
получения заготовки и технологии   ее   механической   обра-
ботки;

3)  учет требований технологии сборки и разборки  (удоб-
ство, минимальные затраты труда, совершенство регулировки
и т. п.);

4)  широкое использование стандартных узлов и деталей;

5)  экономное расходование материалов;

6)  надежность смазки всех трущихся поверхностей;

7)  ремонтопригодность.

2.2. Выбор электродвигателя

Предварительно определяется общий к.п.д. привода

где — к. п. д. отдельных элементов; ориентировочные зна­чения определяются по данным [4, 5].

Потребная (необходимая) мощность электродвигателя

где N_M— мощность на валу исполнительного органа (бара-
бана, приводных звездочек конвейера и др.) маши-
ны; определяется по данным задания на проекти-
рование.

По каталогу [4; 5] подбирается асинхронный электродви-гатель трехфазного тока единой серии А2 (АО2, АОЛ2) в за-висимости от потребной мощности  (2) и   выбранной

(или заданной) частоты вращения. Мощность выбранного
двигателя N_двможет быть равна.или больше потребной .
В отдельных случаях по согласованию с руководителем до-
пускается перегрузка двигателя на 5—10%.

При дальнейшем  проектировании расчетными являются

потребная мощность двигателя  и частота его враще-ния n_дв при номинальной нагрузке.

2.3. Кинематический и силовой расчет привода

В этом разделе определяется общее передаточное число привода i₀, производится разбивка его по ступеням передач (определение передаточных чисел каждой из передач) и вы-числяются частота вращения, мощность и величины крутя-щих моментов при различных уровнях нагрузки (рис. 1) на каждом валу привода.   .

Общее передаточное число привода

(3)

где n_м — частота вращения исполнительного органа; опреде-ляется по данным задания на проектирование.

С другой стороны, общее передаточное число привода  i₀ равно произведению передаточных чисел i_i отдельных пере-дач:

При одном уравнении (4) проектант имеет несколько не-известных и поэтому должен принять значения передаточных чисел отдельных передач, ориентируясь на рекомендации [4, 5] по разбивке (распределению) общего передаточного числа i₀ между отдельными передачами привода. Целесооб-разность принятого варианта проверяется после выполнения первой компоновки привода (см. п. 2.5).

Валам привода присваивается номер (вал электродвига-теля считается первым). Частоты вращения, мощности и кру-тящие моменты на валах привода определяются по форму-лам

Результаты расчета сводятся в таблицу, форма которой приведена на рис. 2.

Рис.  2.   Форма   таблицы   (для   результатов  кинематического  и  силового

расчета)

2.4. Расчет передач 

  В окончательном виде расчет зубчатых передач включает следующие разделы:

1.  Проектный расчет.

2.  Геометрический расчет.

3.  Проверочный расчет.

3.1.  Расчет контактной выносливости.

3.2.  Расчет контактной прочности.

           3.3. Расчет выносливости на изгиб

3.4. Расчет прочности на изгиб.

Проектный расчет проводится по критерию контактной
выносливости рабочих поверхностей зубьев и в свою очередь
включает выбор материала и термической обработки, опре-
деление допускаемого напряжения и основного геометриче-
ского параметра передачи (межосевого или конусного рас-
стояния).

Расчет червячных передач с цилиндрическим червяком при червячном колесе из оловянистой бронзы проводится по тем же критериям, что и зубчатых. При червячном колесе из безоловянистых бронз или чугуна вместо расчета контактной выносливости производится расчет на заедание.

Цепные передачи рассчитываются по двум критериям: из-носостойкости шарниров цепи и прочности цели.

Расчет ременных передач обеспечивает необходимую тяговую способность (отсутствие избыточного проскальзывания ремня), прочность и долговечность ремня.

До выполнения первой компоновки привода (см. п. 2.5) для зубчатых и червячных передач производятся только проектный и геометрический расчеты. Проверочный расчет выполняется после утверждения руководителем первой компоновки привода.

Расчет цепных и ременных передач производится сразу полностью.

2.5. Первая компоновка привода

Первая компоновка включает выполнение на миллиметровой бумаге упрощенного изображения привода в двух проекциях (рис. 3) и анализ полученных результатов. При этом двигатель, детали передач и межосевые расстояния (конусное расстояние для конических передач) вычерчиваются в масштабе. Желательный масштаб 1: 1. При изображении привода в масштабе уменьшения дополнительно вычерчивается упрощенное изображение редуктора в  масштабе 1:1.

Цель первой компоновки заключается в проведении ана-
лиза пропорциональности (соразмерности) отдельных эле-
ментов, габаритов, условий смазки передач в двухступенча-
тых редукторах и т. п. Полученные результаты после ана-
лиза и обсуждения должны быть утверждены руководи-
телем.                                                                     

'При необходимости внесения изменений повторяется весь
или часть 'Предыдущего расчета. После получения целесооб-
разного варианта выполняется остальная часть расчета зуб-
чатых и червячных передач (см. п. 2.4) .и студент может про-
должать проектирование.

Рис. 3. Первая компоновка привода. (пример)

2.6. Предварительный расчет валов. Предварительный выбор подшипников

Предварительный расчет валов производится по эмпирическим зависимостям.

Диаметр выходного участка первого вала редуктора принимает-ся

d =(0,8-1,2) d_дв,(8)

где d_дв — диаметр вала двигателя.

Диаметры промежуточных валов в месте посадок зубча-
тых колес и диаметр выходного участка тихоходного вала
редуктора определяются по формуле

d = (0,35 — 0,4) a,                                 (9).

где a — межосевое (или конусное) расстояние.

Остальные диаметры валов определяются конструктивно при условии обеспечения сборки и крепления деталей .на валу.

В зависимости от величины и направления действующих на вал усилий (от деталей передач) и конструктивных особенностей редуктора намечается тип подшипника. Предварительно выбираются подшипники легкой или средней серии в зависимости от диаметра вала в месте посадки подшипника.

2.7.  Определение конструктивных размеров деталей передач, корпуса и крышки редуктора

Конструктивные размеры деталей передач (зубчатых колес, шкивов и т. п.), корпуса и крышки редуктора определяются по эмпирическим зависимостям [4, 5 или 4, 6].

2.8. Эскизная компоновка основного вида редуктора

Эскизная компоновка основного вида редуктора  (рис. 4)

Рис. 4. Эскизная компоновка основного вида редуктора

представляет собой чертеж с разрезом по осям валов при
снятой крышке редуктора, выполненный с небольшими упро-
щениями в масштабе 1:1. Для червячных редукторов выпол-
няются две проекции: разрез по оси червяка и разрез по оси
вала червячного колеса.

Цель эскизной компоновки заключается в проработке кон-струкции подшипниковых узлов и в определении расстояний между подшипниками и деталями передач для возможности проведения проверочных расчетов подшипников и валов.

2.9. Расчет шпоночных, шлицевых соединений и соединений с гарантированным натягом

Шпоночные и шлицевые соединения и соединения с га-рантированным натягом рассчитываются на прочность по де-формации смятия рабочих поверхностей [4] при действии пикового