Методические рекомендации к курсовой работе по дисциплине "Детали машин и основы конструирования" (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет»

Нефтяной факультет

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

"ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ"

Издательство «Удмуртский университет»

Ижевск 2009

УДК 621.81

ББК 34.42я73

И

Рекомендовано к изданию учебно-методическим Советом УдГУ.

Рецензент: , доктор технических наук, профессор

Составитель: к. т.н. доцент

И	Иванова рекомендации к курсовой работе по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» для студентов специальностей 090600 очной и заочной форм обучения. Ижевск, изд-во «Удмуртский университет», 20с.

ISBN

В методических рекомендациях по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» даны порядок выполнения курсовой работы, общая последовательность и методика выполнения каждого этапа проектирования, рекомендации по конструированию и эскизной проработке узлов. Для студентов направления 650700 и специальностей 090800.

УДК 621.81

ББК 34.42я73

©

Т. Н Иванова, сост., 2009

ISBN

Введение

В настоящее время в промышленности происходят глубокие качественные изменения, основанные на техническом перевооружении всех отраслей материального производства. Каждая создаваемая сложная и точная машина, отличающаяся высокой скоростью движения рабочих органов, увеличенной мощностью агрегатов должна быть экономичнее, производительнее и надежнее в эксплуатации, более простой в уходе, дешевой в изготовлении и эргономичнее каждой предыдущей выпускаемой машины. Это является одной из особенностей передового государства.

Цель курсовой работы: систематизировать, закрепить и расширить теоретические знания, развить расчетно-графические навыки; научиться самостоятельно решать инженерно-технические задачи, рассчитывать и сконструировать механизмы и детали; овладеть навыками разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования; научиться защищать принятое техническое решение.

Работая над курсовой работой, студент выполняет следующее: даёт анализ назначения и условий, в которых находится проектируемая деталь; наиболее рациональное конструктивное решение с учетом технологических, монтажных, эксплуатационных и экономических требований; производит расчеты деталей по критериям работоспособности; решает вопросы, связанные с выбором материала и наиболее технологичных форм деталей; продумывает вопросы сборки и разборки отдельных узлов и машины в целом. При этом руководствуется действующими стандартами, справочной литературой.

Содержание курсовой работы

Объем всех технических заданий для курсовой работы одинаков. Проектированию подлежит механический привод, состоящий из двигателя, одноступенчатого редуктора, открытой (ременной или цепной) передачи и муфты. Курсовая работа состоит из четырех стадий проектирования и 14 последовательно решаемых задач. Содержание задач однотипно: условие задачи, ход решения, ответ. Задачи по содержанию и характеру выполнения подразделяются на расчетные (Р), графические (Г) и расчетно-графические (РГ). Курсовая работа выполняется в следующем объеме:

Стадия проектирования, наименование задачи	Задача
Техническое задание
1.  Кинематическая схема машинного агрегата	РГ
Эскизный проект
2.  Выбор электродвигателя. Кинематический расчет привода.	Р
3.  Выбор материала зубчатой (червячной) передачи. Определение допускаемых напряжений.	Р
4.  Расчет зубчатой (червячной) передачи редуктора.	Р
5.  Расчет открытой (плоскоременной, клиноременной или цепной) передачи редуктора.	Р
6.  Нагрузки валов редуктора.	РГ
7.  Проектный расчет валов. Эскизная компоновка редуктора.	РГ
8.  Определение реакций в подшипниках. Построение эпюр моментов.	РГ
9.  Проверочный расчет подшипников.	Р
Технический проект
10.  Конструктивная компоновка привода.	РГ
11.  Проверочные расчеты.	Р
12.  Технический уровень редуктора.	Р
Рабочая документация
13.  Разработка рабочей документации курсовой работы	Г
14.  Комплектация и оформление конструкторской документации	Г

Номер варианта заданий по курсовой работе определяет преподаватель.

Самостоятельная работа над курсовой работой заключается в качественном и своевременном выполнении отдельных задач и всех стадий в целом. Рекомендуется следующий порядок подготовки и выполнения курсовой работы: в соответствии с содержанием задачи тщательно проработать теоретический материал по литературе [1-9] или конспекту лекций; осмыслить цель задачи и изучить последовательность ее выполнения; подобрать и проанализировать таблицы, графики, схемы необходимые для решения; заготовить необходимые принадлежности для работы (инженерный калькулятор, карандаши, миллиметровую бумагу). Справочные материалы приводятся по ходу решения задачи. Решение задачи на черновике вести в последовательности, предложенной в одной из литературы [1-9], без пояснительного и описательного текста. Соответствующая формула выписывается в буквенных обозначениях в числовых значениях входящих в нее величин с последующим вычислением. Решение задачи начинается с указания названия задачи, ее цели и исходных данных. В конце задачи анализируется ответ. Студенту необходимо добросовестно и внимательно отнестись к вычислению, потому что допущенные математические ошибки приводят к серьезным последствиям, т. к. ответ предыдущей задачи является, как правило, исходными данными для последующей.

-  Задача 1. Кинематическая схема приводного устройства.

Цель: 1. Изучить и вычертить схему приводного устройства.

2. Проанализировать назначение и конструкцию элементов приводного устройства.

3. Определить ресурс приводного устройства.

Графическую часть задачи выполнить на чертежной бумаге формата А4 карандашом. Лист должен содержать: кинематическую схему приводного устройства; основную надпись; перечень элементов схемы; исходные данные для проектирования.

-  Вторая стадия проектирования. Эскизный проект.

В этой стадии проектирования выбирают двигатель, проводят кинематический расчет привода, определяют геометрические параметры зубчатой (червячной) передачи редуктора, размеры быстроходного и тихоходного валов, выбирают и рассчитывают подшипники, выполняют варианты расчета открытых передач и анализируют силы в зацеплении зубчатых (червячных) передач и силы со стороны элементов открытых передач и муфты. В итоге эскизного проекта разрабатывается эскизная компоновка (общий вид) редуктора. Результаты выполнения восьми задач при эскизном проектировании служат основанием для разработки технического проекта.

-  Задача 2. Выбор двигателя. Кинематический расчет привода.

Цель: 1. Определить мощность и частоту вращения двигателя.

2. Определить передаточное число привода и его ступеней.

3. Рассчитать силовые (мощность, вращающий момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода.

-  Задача 3. Выбор материалов зубчатых (червячных) передач. Определение допускаемых напряжений.

Цель: 1. Выбрать твердость, термообработку и материал зубчатых (открытых и закрытых) и червячных передач.

2. Определить допускаемые контактные напряжения.

3. Определить допускаемые напряжения на изгиб.

-  Задача 4. Расчет зубчатых (червячных) передач редукторов.

Цель: 1. Выполнить проектный расчет зубчатой (червячной) пары по допускаемым контактным напряжениям для определения геометрических параметров редукторной пары.

2. Выполнить проверочный расчет редукторной пары. Проверке подлежат правильность выбора табличных величин, коэффициентов и полученных результатов в проектном расчете, а также определение соотношения между расчетными и допускаемыми напряжениями изгибной и контактной выносливости.

-  Задача 5. Расчет открытых передач (плоскоременные, клиноременные, передачи зацеплением: зубчатые, цепные).

Цель: 1. Выполнить проектный расчет открытой передачи для определения геометрических параметров передачи.

2. Выполнить проверочный расчет открытой передачи на прочность.

-  Задача 6. Нагрузки валов редуктора.

Цель: 1. Определить силы в зацеплении редукторной передачи.

2. Определить консольные силы на выходные концы валов.

3. Построить силовую схему нагружения валов.

Силовую схему нагружения нарисовать графически на формате А4 и должна содержать: название схему, силовую схему нагружения на валов в изометрии, оси координат, основную надпись и таблицу силовых и кинематических параметров передачи.

Рекомендуется следующий порядок выполнения силовой схемы:

а) произвольно выбрать оси координат Х, Y, Z.

б) наметить расположение элементов силовой схемы в соответствии с кинематической схемой привода (Задача 1). Учесть направления вращения двигателя, быстроходного и тихоходного вала редуктора. Для червячного редуктора учесть направление вращения винтовой линии червяка. В косозубой и конической передачах учесть направление зубьев.

в) вычертить, соблюдая пропорцию, валы, подшипники, редукторную пару, элемент открытой передачи и муфту в соответствии с условными обозначениями по ГОСТ 2.770-68.

г) изобразить векторы сил в зацеплении с учетом направления винтовой линии и вращения валов, консольных сил и радиальных реакций в подшипниках.

-  Задача 7. Проектный расчет валов. Эскизная компоновка редуктора.

Цель: 1. Выбрать материал валов.

2. Выбрать допускаемые напряжения на кручение.

3. Выполнить проектный расчет валов на чистое кручение.

4. Выбрать предварительно тип подшипника.

5. Разработать эскизную компоновку редуктора (общий вид). ГОСТ 2.119-73

Эскизная компоновка устанавливает положение колес редукторной пары, элемента открытой передачи и муфты относительно опор (подшипников); определяет расстояния между точками приложения подшипников быстроходного и тихоходного валов, точки приложения силы давления открытой передачи и муфты на расстоянии от реакции смежного подшипника.

Эскизная компоновка выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД на миллиметровой бумаге соответствующего формата в масштабе 1:1 карандашом в контурных линиях и должна содержать изображение редуктора в двух проекциях, основную надпись.

-  Задача 8. Расчетная схема валов редуктора.

Цель: 1. Определить радиальные реакции в опорах подшипников быстроходного и тихоходного валов.

2. Построить эпюры изгибающих и крутящих моментов.

3. Определить суммарные изгибающие моменты.

4. Построить схему нагружения подшипников.

-  Задача 9. Проверочный расчет подшипников.

Цель: 1. Определить эквивалентную динамическую нагрузку подшипников.

2. Проверить подшипники по динамической грузоподъемности.

3. Определить расчетную долговечность.

-  Третья стадия проектирования. Технический проект.

Технический проект выполняется с целью выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции деталей и отдельных узлов привода, а также для оценки их соответствия требованиям технического задания, технологичности конструкции деталей и узлов, степени сложности их изготовления, удобства эксплуатации и пр. В техническом проекте разрабатываются варианты конструкций зубчатой (червячной) передачи, элементов открытой передачи, корпуса, подшипниковых узлов, валов и муфты; согласовываются габаритные, установочные и присоединительные размеры привода; решаются вопросы смазывания редукторной пары и подшипниковых узлов; проводятся расчеты, подтверждающие прочность и долговечность окончательной конструкции валов, шпоночных соединений и соединений с натягом, винтов подшипниковых узлов и проверочный расчет теплового режима червячного редуктора. В заключение этой стадии проектирования выполняется конструктивная компоновка привода (общий вид) и определяется технический уровень редуктора. Принятые в техническом проекте конструктивные решения являются основанием для разработки рабочей документации.

-  Задача 10. Конструктивная компоновка привода.

Цель: 1. Разработать конструкцию деталей и узлов редуктора и открытой передачи.

2. Скомпоновать детали и узлы редуктора и открытой передачи и разработать чертеж общего вида привода.

Конструктивной разработке подлежат: зубчатая (червячная) передача редуктора, корпус редуктора, быстроходный и тихоходный валы, подшипниковые узлы, элементы открытых передач (шкивы, шестерни, звездочки), муфтовые соединения. Учитывают расположение деталей и узлов, при которых при наименьших габаритах создаются наибольшие удобства для монтажа и эксплуатации. Исходными данными для конструирования деталей и узлов являются результаты задач эскизного проекта.

Работа выполнятся на необходимом формате чертежной бумаги в масштабе 1:1. Чертеж общего вида (конструктивной компоновки) привода должен содержать:

а) изображение привода в двух проекциях с разрезами, сечениями, а также текстовую часть надписи, необходимые для понимания конструктивного устройства привода, взаимодействия его основных частей и принципа работы. Обозначения элементов привода помещают на линиях-выносках, проведенных от соответствующих изображений.

б) габаритные, присоединительные и сопряженные размеры.

в) техническую характеристику, в которой указываю силу (момент), скорость тягового органа машины, общее передаточное число.

г) основную надпись, выполненную по форме ГОСТ 2.120 – 73.

-  Задача 11. Проверочные расчеты.

Цель: 1. Выполнить проверочные расчеты стандартных изделий: шпонок и стяжных винтов (болтов) подшипниковых узлов.

2. Выполнить проверочный расчет валов на прочность.

3. Произвести тепловой расчет червячного редуктора.

-  Задача 12. Технический уровень редуктора.

Цель: 1. Определить массу редуктора.

2. Определить критерий технического уровня редуктора. ГОСТ

-  Четвертая стадия проектирования. Рабочая документация.

Рабочая документация проекта разрабатывается на основании конструктивных решений, принятых в техническом проекте. Рабочая документация служит основанием для изготовления образца.

-  Задача 13. Разработка рабочей документации проекта.

Цель: 1. Разработать сборочный чертеж редуктора.

2. Составить спецификацию.

3. Разработать рабочие чертежи двух сопряженных деталей редуктора с техническими указаниями.

Сборочный чертеж редуктора (ГОСТ 2.109 – 73) выполняется на чертежной бумаге формата А1 карандашом в масштабе 1:1 и должен содержать две проекции редуктора с элементами открытых передач и муфтой; размеры, предельные отклонения и другие параметры и требования, которые должны быть проконтролированы или выполнены по данном сборочному чертежу; номера позиций составных частей, входящих в редуктор; текстовую часть; основную надпись.

Методические указания к выполнению курсовой работы

1.  Решение задач в рекомендуемой последовательности одного из источников [1-9] обеспечивает правильность процесса проектирования и постепенное накопление навыков конструкторской работы.

2.  Все расчеты выполняются в единицах СИ. При этом для удобства расчетов используются производные единицы длины (мм) и напряжения (Н/мм2). Точность расчетов зависит от определяемой величины, и, как правило, не превышает двух знаков после запятой.

3.  Графические работы выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД.

4.  При выполнении курсовой работы используется не менее 40 … 50 таблиц и графиков. Для овладения навыками пользованиями ими рекомендуется:

- усвоить название, назначение и конструкцию таблицы, четко представлять искомую величину, ее размерность;

- запомнить, от каких известных величин или положений зависит искомая величина;

- таблицы, как правило, не дают искомую величину однозначно, предлагая ее диапазон от нижнего и верхнего предела. Если нет специальных указаний, следует выбирать одно из значений в предложенном диапазоне в соответствии с требованиями расчета;

- таблицы могут иметь примечание, которые следует изучить до выполнения задач курсовой работы.

5.  Параметры, характеризующие узел быстроходного (ведущего) вала редуктора или открытой передачи, имеют индекс «1», например z1, Т1, НВ1 и т. п., а тихоходного (ведомого) вала – индекс «2», например z2, Т2, НВ2. При этом надо иметь в виду, что в понижающих передачах быстроходный вал редуктора является одновременно тихоходным валом для ременной передачи, а тихоходный вал редуктора – быстроходным для цепной или открытой зубчатой передачи.

6.  В курсовой работе можно ввести следующие обозначения и сокращения: Б – быстроходный вал редуктора, Т – тихоходный вал редуктора, ДВ - двигатель, РМ – рабочая машина, М – муфта, ПК – подшипники качения, ПС – подшипники скольжения, ном – номинальный и т. д.

7.  Каждую задачу необходимо разделить на подразделы, на пункты и подпункты и т. п. Задачу нумеровать цифрами 1, 2, …; подразделы двумя цифрами 1.1, 2.1, …; подпункты – буквами а), б), …. Такое деление облегчает систематизировать материал и облегчает ссылки. Таблицам и рисункам желательно присваивать двузначный номер, где первая цифра - номер задачи, вторая – номер рисунка или таблицы.

8.  Прежде чем приступить к выполнению курсового проекта, следует внимательно и подробно изучить вопросы организации проектирования.

1. Кинематический расчет

Проектирование начинают с ознакомления с заданием на проект.

В техническом задании пе­речислены основные требования: силовые, габаритные, экономические, эргоно­мические и др., которые должны быть обеспечены при проектировании. Оно может, например, представлять собой кинематическую схему привода (включая схему редуктора) с исходными данными. Следует вы­полнить необходимые расчеты, выбрать наилучшие параметры схемы и разра­ботать конструкторскую документацию (чертеж общего вида, чертежи сбороч­ных единиц и деталей, пояснительную записку и др.), предназначенную для из­готовления привода.

Исходные данные: Тв (Н×м) - вращающий момент или Рв (кВт) – мощность, пв (мин-1) - частота вра­щения или wв (рад-1) – угловая скорость вала рабочего органа технологической системы.

1.1.Выбор электродвигателя

Для выбора электродвигателя определяют требу­емую его мощность и частоту вращения.

Потребляемая мощность привода и крутящий момент находятся в зависимости:

Р = Т×w,

а угловая скорость и частота вращения

w = pп / 30.

Требуемая мощность электродвигателя

Рэ. тр = Рв /hобщ,

где hобщ = h 1h 2h 3 … h п - общий КПД привода.

Здесь h 1h 2h 3 … h п - КПД отдельных звеньев кинематической цепи, значения которых с учетом потерь в подшипниках можно прини­мать по табл. 1.

Если на данном этапе работы затруднительно определить передаточное чис­ло червячной передачи, то предварительно можно принять h = 0,8.

Требуемая частота вращения вала электродвигателя

пэ. тр = пви1и2 … ип,

где и1и2 … ип - передаточные числа отдельных кинематических пар привода.

Ориентировочные значения передаточных чисел ирек принимают по табл. 1.

Далее по табл. 2 или [1-9] подбирают электродвигатель с мощностью Рэ, кВт, и час­тотой вращения пэ, мин-1, ротора, ближайшими к Рэ. тр и пэ. тр. При подборе Рэ допускается перегрузка двигателя до 8 % при постоянной и до 12 % при пере­менной нагрузке.

Может получиться так, что требуемая частота пэ. тр окажется примерно в се­редине между двумя стандартными значениями. Тогда следует сравнить разме­ры обоих двигателей. Обозначения двигателей в табл. 2 содержат две или три цифры, после которых приведены буквы, например: 90L, 100S, 112М. Цифрами обозначен размер h - высота оси вала от опорной поверхности лапок двигате­ля. Эти цифры характеризуют также и другие размеры электродвигателя. Рекомендуют выбирать электродвигатель с меньшим числом в обозначении (с мень­шей высотой h). Масса, размеры и стоимость такого двигателя меньше.

Таблица 1.

Передаточные числа и КПД

Тип передачи	Передаточное число, и	КПД, h
Зубчатая цилиндрическая: -тихоходная ступень во всех редукторах (иТ) -быстроходная ступень в редукторах по развернутой схеме (иБ) -быстроходная ступень в соосном редукторе (иБ)	2 ... 5,6 2,5 ... 5,6 3,15 ...6,3	0,96 ... 0,98
Коническая зубчатая	1...4	0,95 ... 0,97
Червячная при числе заходов червяка: z1=4 z1=2 z1=1	8 … 14 14 … 30 30 … 80	0,80 ... 0,90 0,75 ... 0,85 0,70 ... 0,80
Цепная	1,5…3	0,92 ... 0,95
Ременная	2...3	0,94 ... 0,96
Муфта соединительная		0,98
Подшипники качения (одна пара)		0,99

Если же это число у обоих двигателей одинаковое, надо выбрать двигатель с меньшей частотой вращения вала. Масса, размеры и стоимость обоих двигате­лей примерно одинаковые, а передаточные числа и, следовательно, размеры пе­редачи будут меньше.

Пример 1. Выбрать электродвигатель для привода ленточного конвейера (рис. 1): Тв = 1000 Нм; wв = 2,2 рад-1. Термообработка зубчатых колес редуктора - улучшение (твердость зубьев < 350 НВ).

Рис. 1

Решение. Мощность на выходе

Р = Т×w = 1000×2,2 = 2200 Вт = 2,2 кВт.

Общий КПД привода

hобщ = hц hз2 hм hоп3

где hц - КПД цепной передачи; hз - КПД зубчатой передачи; hм - КПД муфты; hоп - КПД опор приводного вала. По табл. 1: hц = 0,93; hз = 0,97; hм = 0,98; hоп = 0,99.

Тогда

hобщ = 0,93 × 0,972× 0,98 × 0,993 = 0,849.

Требуемая мощность электродвигателя

Рэ. тр = Рв / hобщ = 2,2/0,849 = 2,6 кВт.

Частота вращения приводного вала

пв =30w / p = 30×2,2/3,14 = 21 мин-1.

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя вычислим, подставляя в форму­лу для пэ.тр средние значения передаточных чисел из рекомендуемого диапазона для цеп­ной и двух зубчатых передач (см. табл. 2),

пэ. тр = пв ициБиТ = 21 × 2,25 × 4,3 × 4,4 = 894 мин-1,

где иц - передаточное число цепной передачи; иТ и иБ передаточные числа тихоходной и быстроходной ступеней цилиндрического двухступенчатого редуктора.

По табл. 2 выбираем электродвигатель АИР112МА6: Рэ= 3 кВт; пэ = 950 мин-1.

Таблица 2.

Электродвигатели.

Мощность Р, кВт	Синхронная частота, мин-1
3000	1500	1000	750
0,37			71А6/915
0,55		71А4/1357	71В6/915
0,75	71А2/2820	71В4/1350	80А6/920	90LA8/705
1,1	71B2/2805	80A4/1395	80B6/920	90LB8/715
1,5	80A2/2850	80D4/1395	90L6/925	100L8/702
2,2	80B2/2850	90L4/1395	100L6/945	112MA8/709
3	90L2/2850	100S4/1410	112MA6/950	112MB8/709
4	100S2/2850	100L4/1410	112MB6/950	132S8/716
5,5	100L2/2850	112M4/1432	132S6/960	132M8/712
7,5	112M8/2895	132S4/1440	132M6/960	160S8/727
11	132M2/2910	132M4/1447	160S6/970	160M8/727
15	160S2/2910	160S4/1455	160M6/970	180M8/731
18,5	160M2/2910	160M4/1455	180M6/980
22	180S2/2919	180S4/1462
30	180M2/2925	180M4/1470

Примечание: 1. После знака / стоит значение асинхронной частоты вращения двигателя, т. е. его реальная частота вращения. 2. Пример обозначения двигателя: Двигатель АИР112МА8 ТУ 16-525.564-84.