3595
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
ДЕТАЛИ МАШИН И ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 35.03.02 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств
Воронеж 2018
2
УДК 621.81+621.86
Детали машин и подъемно-транспортные устройства [Электронный ресурс]: методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 35.03.02 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / В. В. Ткачев, П. Н. Щеблыкин, Р. Г. Боровиков, Н.А. Бородин, А.В. Князев; Министерство образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 28 с.
Печатается по решению учебно-методической комиссии по направлению «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол №3 от 19 ноября 2018 г.)
Рецензент: заведующий кафедрой эксплуатации транспортных и технологических машин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук Е.В. Пухов
3
Введение
Целью практических работ по дисциплине «Детали машин и подъемнотранспортные устройства» является закрепление полученных теоретических знаний и применение их при проведении конкретных расчетов механических передач и отдельных узлов.
Расчет необходимо производить с соблюдением следующей методики:
-внимательно прочитать условие задания;
-определиться с тем, какие исходные величины или параметры даны, что они собой представляют;
-выяснить какие параметры или величины требуется рассчитать, а какие выбрать из справочных материалов;
-понять, какие дополнительные исходные данные можно получить из справочных материалов;
-большое внимание обращать на единицы измерения всех величин, фигурирующих в задании;
-понять алгоритм решения данной задачи (при необходимости построить схему или проанализировать формулы, используемые при решении);
Темы занятий предполагают выполнение заданий, согласно варианту. При необходимости получения дополнительных сведений или значе-
ний каких-либо величин студент может использовать литературные источники, указанные в библиографическом списке.
4
ТЕМА № 1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
Механический привод – устройство, предназначенное для передачи мощности от источника движения к рабочим органам машины.
Вбольшинстве случаев привод изменяет параметры движения (как правило, угловую скорость уменьшает, а вращающий момент увеличивает).
Вприводах находят применение передачи трением (ременные, фрикционные) и зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винтовые).
Задание 1. Определить общий КПД привода по формуле:
0 1 2 ... i nm ,
где 1 , 2 ... i – КПД передач и муфт, входящих в привод и перечисленных в
порядке от быстроходного вала к выходному (табл. 1.1).n – КПД одной пары подшипников;
m – число пар подшипников.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
Тип передачи или |
|
КПД передачи |
|
Рекомендуемое |
||||
устройства |
|
или устройства |
|
передаточное |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
число |
|
|
закрытой |
открытой |
|
|
|||
Зубчатая цилиндрическая |
|
0,96…0,98 |
0,93…0,98 |
|
2,5…6,3 |
|||
Зубчатая коническая |
|
0,95…0,97 |
0,91…0,93 |
|
2…4 |
|||
Червячная передача при |
|
0,7…0,8 |
– |
|
28…80 |
|||
червяке однозаходном Z1 1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
двухзаходном Z1 |
2 |
0,75…0,85 |
– |
|
15…28 |
|||
четырехзаходном Z1 |
4 |
0,8…0,9 |
– |
|
8…15 |
|||
Цепная передача |
|
0,95…0,97 |
0,92…0,93 |
|
1,5…5 |
|||
Ременная передача |
|
– |
|
|
|
0,94…0,97 |
|
2…4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Одна пара подшипников |
|
|
|
|
|
0,99…0,995 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Муфта |
|
|
|
|
|
0,98…0,99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Задание 2.Определить расчетную мощность электродвигателя: |
||||||||
|
|
P / |
|
P3 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
дв |
o |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
где Р3 – мощность на выходном валу привода, кВт (табл.1.2).
5
Таблица 1.2
Величины |
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
|
7 |
|
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р3, кВт. |
4 |
4,5 |
|
5 |
|
5,5 |
6 |
|
6,5 |
|
7 |
|
7,5 |
8 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п3 мин. -1 |
62 |
74 |
|
83 |
|
96 |
100 |
|
113 |
|
127 |
137 |
150 |
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Зная потребную мощность |
Рдв/ |
по табл. 1.3 следует выбрать электро- |
|||||||||||||
двигатель необходимой мощности Р |
дв |
так, чтобы |
Р |
Р / |
и записать его дан- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
дв |
|
дв |
|
|
|
|
ные: обозначение по ГОСТу, номинальную мощность, частоту вращения. Для приводов общего назначения предпочтительны двигатели с факти-
ческой частотой вращения nc = 1000 и 1500 мин – 1, как имеющие больший рабочий ресурс по сравнению с быстрооборотными двигателями (nc ≥ 3000 мин - 1) и меньшие габариты и массу по сравнению с двигателями, имеющими nc < 1000 мин – 1.
|
|
|
|
Таблица 1.3 |
Мощность, |
Фактические частоты вращения электродвигателя, мин – 1 |
|||
кВт |
|
|
|
|
|
2880 |
1440 |
960 |
720 |
|
Типоразмер |
Типоразмер |
Типоразмер |
Типоразмер |
|
двигателя |
двигателя |
двигателя |
двигателя |
|
|
|
|
|
0,55 |
4А63В2УЗ |
4А71А4УЗ |
4А71В6УЗ |
4А80В8УЗ |
0,75 |
4А71А2УЗ |
4А7В4УЗ |
4А80А6УЗ |
4А90LА8УЗ |
1,1 |
4А71В2УЗ |
4А80А4УЗ |
4А80В6УЗ |
4А90L88УЗ |
1,5 |
4А80А2УЗ |
4А80В4УЗ |
4А90L6УЗ |
4А100L8УЗ |
2,2 |
4А80В2УЗ |
4А90L4УЗ |
4А100L6УЗ |
4А112МА8УЗ |
3,0 |
4А90L2УЗ |
4А100S4УЗ |
4А112МА6УЗ |
4А112МВ8УЗ |
4,0 |
4А100S2УЗ |
4А100L4УЗ |
4А112МВ6УЗ |
4А132S8УЗ |
5,5 |
4А100L2УЗ |
4А112М4УЗ |
4А132S6УЗ |
4А132М8УЗ |
7,5 |
4А112М2УЗ |
4А132S4УЗ |
4А132М6УЗ |
4А160S8УЗ |
11,0 |
4А132М2УЗ |
4А132М4УЗ |
4А160S6УЗ |
4А160М8УЗ |
15,0 |
4А160S2УЗ |
4А160S4УЗ |
4А160М6УЗ |
4А180М8УЗ |
|
|
|
|
|
6
Задание 3. Определить общее передаточное число привода по формуле:
u0 nnф ,
где nф и n – частота вращения электродвигателя и выходного вала привода, мин – 1
Произвести разбивку общего передаточного числа привода по ступеням таким образом , чтобы передаточные числа отдельных передач не выходили за пределы, рекомендуемые по табл. 1.1 и выполнялось условие
u0 u1u2 ...ui ,
где u1 , u2 ,...ui – передаточное число отдельных передач, перечисленных в порядке от быстроходного к тихоходному валу.
Задание 4. Определить частоты вращения всех валов привода:
n n |
|
; |
n |
|
|
n1 |
; …; |
n |
|
|
ni 1 |
, |
ф |
2 |
|
i |
|
||||||||
1 |
|
|
|
u1 |
|
|
|
ui 1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где n1 , n2 , …, ni – частоты вращения валов, перечисленных в порядке от бы-
строходного (первого) к тихоходному валу.
По полученным значениям n определить угловые скорости валов:
w n
30
Задание 5. Определить мощности, передаваемые каждым валом, по расчетной мощности электродвигателя Рдв/ с учетом потерь во всех передачах
и устройствах, предшествующих данному валу:
P Р / |
... |
i 1 |
, |
i дв 1 2 |
|
|
где Pi – мощность на i-м валу;
i 1 – КПД передач и устройств, предшествующих i-му валу.
Задание 6. Определить вращающие моменты на всех валах механического привода по формуле:
T1 9550 Pn ,
где Р – передаваемая мощность, кВт; n – частота вращения вала, мин – 1.
7
ТЕМА № 2. РАСЧЕТ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов и охватывающего их бесконечного ремня. Передача движения осуществляется за счет сил трения, возникающих между ремнем и шкивами.
Задание 1. Определить частоту вращения ведущего n1, об/мин и ведомого n2, об/мин шкивов, зная их угловые скорости (табл. 2.1):
|
|
|
n |
30 1 |
, |
n |
30 2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
||
Вариант |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
ω 2, рад/с |
60 |
95 |
55 |
|
40 |
70 |
|
50 |
65 |
115 |
45 |
75 |
||
ω 1, рад/с |
130 |
140 |
120 |
155 |
170 |
160 |
185 |
175 |
110 |
190 |
Задание 2. По заданным и рассчитанным значениям величин из предыдущего задания вычислить передаточное отношение ременной передачи:
i n1 n2
Из табл. 2.2 выбрать тип сечения ремня и его параметры: А, м2 – площадь сечения ремня; q, кг/м – масса 1 м ремня; lр, мм – расчетная длина ремня по нейтральному слою; h, мм – высота профиля в сечении ремня; b0, мм – максимальная ширина сечения ремня; bр, мм – ширина сечения в нейтральном слое; dmin, мм – минимальный диаметр ведущего шкива.
Таблица 2.2
Сечение |
h, мм |
b0, мм |
bр, мм |
lр, мм |
dmin, |
А, м2 |
q, кг/м |
ремня |
|
|
|
min – max |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
6 |
10 |
8,5 |
400 – 2500 |
63 |
47 · 10-6 |
0,06 |
А |
8 |
13 |
11 |
560 – 4000 |
90 |
81 · 10-6 |
0,10 |
Б |
10,5 |
17 |
14 |
800 – 6300 |
125 |
138 · 10-6 |
0,18 |
В |
13,5 |
22 |
19 |
1800-9000 |
200 |
230 · 10-6 |
0,26 |
Г |
19 |
32 |
27 |
3350-11200 |
315 |
476 · 10-6 |
0,34 |
Задание 3. Рассчитать скорость движения ремня V, м/с, и в зависимости от ее величины убедиться в правильности выбора типа сечения ремня по табл. 2.3:
V d1 n1 , 60000
где d1 – диаметр ведущего шкива, мм (см. табл. 2.2).
8
|
|
|
|
Таблица 2.3 |
Сечение |
|
Скорость ремня, м/с |
|
|
ремня |
До 5 м/с |
5 – 10 м/с |
|
Свыше 10 м/с |
О |
* |
* |
|
* |
А |
* |
* |
|
* |
Б |
* |
* |
|
* |
В |
- |
* |
|
* |
Г |
- |
* |
|
* |
Задание 4. Рассчитать диаметр ведомого шкива d2, мм, учитывая найденное в задании 2 передаточное отношение и величину выбранного диаметра ведущего шкива по табл. 2.2:
d2 d1 i
Задание 5. Найти по формуле расчетную длину ремня Lр, мм. Задаться межосевым расстоянием а, мм, учитывая следующие рекомендации:
i… |
1 |
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
6 |
а, мм… |
1,5 d2 |
1,2 d2 |
d2 |
0,95 d2 |
0,9 d2 |
0,85 d2 |
|||||
|
|
L |
|
2 a 0.5 d |
d |
|
|
d1 d22 |
|
|
|
|
|
p |
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
|
|
4a |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принять длину ремня, согласно стандартному ряду: 400, 450, 500, 560,
630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000, 6000 мм.
Задание 6. Определить расчетную мощность Рр, кВт, передаваемую одним ремнем. Значения необходимых величин выбрать из табл. 2.4.
P po ca cl ci , |
|
p |
cp |
|
где Р0 – номинальная мощность, передаваемая одним ремнем, кВт; Сα – коэффициент угла обхвата выбирается в зависимости от угла
обхвата ремнем малого шкива 1 180 57 d2 d1 ;
a
Ср – коэффициент режима нагрузки выбирается в зависимости от условий работы передачи;
Сі – коэффициент передаточного отношения;
СL – коэффициент длины ремня выбирается в зависимости от величины длины ремня.
9
Таблица 2.4
|
|
О |
1,3 |
|
1,33 |
1,35 |
1,37 |
|
1,38 |
1,4 |
1,5 |
1,5 |
1,55 |
1,6 |
|||||
Р0, |
|
А |
2,0 |
|
2,1 |
2,8 |
3,0 |
|
3,1 |
|
3,2 |
3,35 |
3,7 |
4,2 |
4,5 |
||||
кВт |
|
Б |
3,15 |
|
3,45 |
3,65 |
3,85 |
|
4,2 |
|
4,4 |
4,6 |
|
4,8 |
5,0 |
5,2 |
|||
|
|
В |
5,0 |
|
5,5 |
6,0 |
6,2 |
|
6,5 |
|
6,8 |
7,2 |
7,5 |
8,5 |
8,7 |
||||
|
|
Г |
18,0 |
|
20,0 |
22,5 |
24,5 |
|
26,5 |
- |
- |
|
- |
- |
- |
||||
n1, об/мин |
500 |
|
700 |
900 |
1000 |
|
1100 |
1300 |
1400 |
1500 |
1700 |
1900 |
|||||||
Ср |
|
1,1 |
|
1,1 |
1,2 |
1,2 |
|
1,3 |
|
1,3 |
1,4 |
1,4 |
1,5 |
1,5 |
|||||
Сα |
|
0,98 |
0,95 |
|
0,92 |
0,89 |
0,86 |
|
0,82 |
0,78 |
0,73 |
0,68 |
0,62 |
0,56 |
|||||
α1 , |
|
170 |
160 |
|
150 |
140 |
130 |
|
120 |
|
110 |
100 |
90 |
80 |
70 |
||||
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сі |
|
1,07 |
|
1,09 |
1,1 |
1,12 |
|
1,25 |
1,13 |
1,135 |
1,14 |
1,14 |
1,14 |
||||||
i |
|
1,2 |
|
1,4 |
1,6 |
1,8 |
|
2,0 |
|
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
|||||
|
|
О |
0,82 |
|
|
1,09 |
|
1,3 |
|
- |
|
|
- |
|
|
- |
|||
СL |
|
А |
0,88 |
|
|
1,45 |
|
1,13 |
|
1,18 |
|
|
- |
|
|
- |
|||
|
|
Б |
0,83 |
|
|
0,98 |
|
1,07 |
|
1,12 |
|
|
1,19 |
|
1,22 |
||||
|
|
В |
0,81 |
|
|
0,95 |
|
0,99 |
|
1,05 |
|
|
1,16 |
|
1,19 |
||||
|
|
Г |
0,78 |
|
|
0,90 |
|
0,94 |
|
0,99 |
|
|
1,12 |
|
1,13 |
||||
Lр, м |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
Задание 7. Вычислить число ремней в клиноременной передаче z, используя значение мощности Р, кВт электродвигателя (табл. 2.5), от которого передается вращение, и выбрав величины: Р0, кВт - мощности, передаваемой одним ремнем; Сα – коэффициент угла обхвата; Ср - коэффициента режима нагрузки (табл. 2.4).
|
|
|
Z |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P C |
A |
C |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.5 |
|
n1, об/мин |
900 |
|
1100 |
|
|
1300 |
|
|
1500 |
1700 |
1900 |
|||||
Р, кВт |
6,8 |
|
7,6 |
|
|
8,2 |
|
|
|
8,5 |
9,2 |
9,5 |
||||
Задание 8. Определить усилие F, Н , действующее на вал: |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
F 2 o z A sin |
1 |
|
|
, |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
где δ0 = 1,8 МПа – напряжение для одного ремня; А – площадь поперечного сечения ремня, м2 (из табл. 2.2);
α1 - угол обхвата ремнем ведущего шкива, град.
При уменьшении скорости возрастают сечение ремня и габариты, поэтому при проектировании ременной передачи в механическом приводе нецелесообразно размещать ее после редуктора.
10
ТЕМА № 3. РАСЧЕТ ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Цепная передача состоит из ведущей и ведомой звездочек и надетой на них бесконечной цепи. Передача движения осуществляется за счет зацепления зубьев звездочек с шарнирами цепи.
Задание 1. Определить частоты вращения ведущей n1, об/мин, и ведомой звездочек n2, об/мин, используя их угловые скорости из табл. 3.1.
|
|
|
|
|
n |
30 1 |
; |
|
n |
30 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
||
Вариант |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
||||
ω 2, рад/с |
40 |
|
50 |
|
30 |
|
42 |
|
70 |
|
35 |
28 |
50 |
|
40 |
30 |
||||||
ω 1, рад/с |
101 |
|
96 |
|
105 |
|
99 |
|
114 |
108 |
115 |
127 |
132 |
136 |
||||||||
Задание 2. Определить передаточное отношение цепной передачи: |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
n1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Приняв минимально возможное значение числа зубьев ведущей звез- |
||||||||||||||||||||||
дочки z1, рассчитать число зубьев ведомой звездочки z2 : Z1min |
29 2 i |
|
||||||||||||||||||||
i… |
1-2 |
|
2-3 |
|
|
|
3-4 |
|
|
|
|
4-5 |
|
5-6 |
|
более 6 |
||||||
Z1… |
30-27 |
|
27-25 |
|
|
|
25-23 |
23-21 |
21-17 |
17-15 |
Z2 Z1 i
Задание 3. Выбрать тип цепи и задаться ее параметрами (табл. 3.2):
рц, мм – шаг цепи; d, мм – диаметр валика; В, мм – длина втулки; [Рр], кВт – допускаемая мощность; [u], 1/сек – допускаемое число ударов цепи.
Таблица 3.2
|
Допус- |
|
|
|
|
|
[Рр], кВт, |
|
|
Приводные роли- |
каемое |
|
|
|
|
при n1, об/мин |
|||
ковые цепи типа |
число |
рц, мм |
d, |
В, |
|
|
|
|
|
ПР из ГОСТ 13568- |
ударов |
|
мм |
мм |
800 |
|
1000 |
1200 |
1600 |
75 |
[u], |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/сек |
|
|
|
|
|
|
|
|
ПР-12,7 – 9000 – 2 |
60 |
12,7 |
3,66 |
5,80 |
2,06 |
|
2,42 |
2,72 |
3,20 |
ПР-12,7 – 18000 – 1 |
60 |
12,7 |
4,45 |
8,90 |
3,86 |
|
4,52 |
5,06 |
5,95 |
ПР-15,875 – |
50 |
15,875 |
5,08 |
10,11 |
6,26 |
|
7,34 |
8,22 |
9,65 |
23000 – 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПР-19,05 – 32000 |
35 |
19,05 |
5,96 |
17,75 |
13,5 |
|
15,3 |
16,9 |
19,3 |
ПР-25,4 – 56700 |
30 |
25,4 |
7,95 |
22,61 |
30,7 |
|
34,7 |
38,3 |
43,8 |