Основы проектирования
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Основы проектирования
Воронежский государственный технический университет
Кафедра проектирования механизмов и подъемно-транспортных машин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
“Основы проектирования и конструирования машин”,
для студентов специальности 060800
экстернатной формы обучения
Воронеж 2002
Составители: канд. техн. наук В.А.Нилов, канд. техн. наук Ю.В.Кирпичев,
канд. техн. наук Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев
УДК 531.8-621.81.
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине
“Основы проектирования и конструирования машин”, для студентов
специальности 060800 экстернатной формы обучения / Воронеж. гос. техн.
ун-т; Сост. В.А.Нилов, Ю.В.Кирпичев, Б.Б.Еськов, И.Ю.Кирпичев. Воронеж,
2002. 24 с.
Методические указания предназначены для студентов, выполняющих курсовую
работу по дисциплине “Основы проектирования и конструирования машин”.
Представлена методика структурного, кинематического анализа
шарнирно-рычажного механизма. Приведенные расчетные зависимости
позволяют студентам рассчитать и построить планы скоростей и ускорений,
а также выполнить эскизную компоновку цилиндрического редуктора.
Рабочая тетрадь подготовлена в электронном виде в текстовом редакторе MS
WORD и содержится в файле: Экстернат.doc.
Табл.4. Ил.20. Библиогр.: 7 назв.
Рецензент: канд. тех. наук В.Я. Иволгин
Ответственный за выпуск зав. кафедрой, канд. техн. наук В.А. Нилов
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского
государственного технического университета
© Воронежский государственный
технический университет, 2002
СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа по дисциплине “Основы проектирования и конструирования
машин” для студентов-экстернатников специальности 060800 “Экономика и
управление на предприятии” состоит из графической части, которая
выполняется на двух листах плотной чертежной бумаге формата A1 (594×841)
в карандаше и расчетно-пояснительной записки, написанной от руки или
набранной машинописным текстом на листах писчей бумаги формата A4
(210×297) на одной стороне страниц где приводятся все расчеты по
заданию.
1 ЛИСТ – Структурный и кинематический анализ рычажного механизма.
Примеры оформления 1-го листа представлены в приложениях В, Г, Д и
выбираются в зависимости от номера задания. В расчетно-пояснительной
записке к первому листу должны быть отражены следующие вопросы:
1. Назвать все звенья механизма.
2. Построить план механизма.
3. Построить план скоростей.
4. Построить план ускорений.
2 ЛИСТ – Сборочный чертеж редуктора. Пример оформления 2-го листа
представлен в приложении Е. В расчетно-пояснительной записке к первому
листу должны быть отражены следующие вопросы:
1. Кинематический расчет и выбор электродвигателя.
2. Выбор материала колес редуктора.
3. Расчет закрытой зубчатой пары.
4. Расчет основных параметров и размеров зубчатых колес.
5. Расчет диаметров валов редуктора.
6. Выбор подшипников.
7. Выбор шпоночных соединений.
РАСЧЕТ 1-го ЛИСТА
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА
Кривошипно-рычажный механизм состоит из звеньев:
0 – стоек A и D, ось X-X
1 – кривошипа AB,
2 – шатуна ВС,
3 – кривошипа DE,
4 – шатуна FE,
5 – ползуна F.
Количество подвижных звеньев n=5; количество кинематических пар 5-го
класса p=7.
ПЛАН МЕХАНИЗМА
При известных размерах звеньев механизма построение механизма в
каком-либо положении осуществляется методом засечек, который заключается
в геометрическом построении положения на плоскости центра вращательных
пар. Последовательность построения (см. приложение A), с учетом заранее
выбранного масштаба построения ( плана механизма (для задания №1):
1) расположить на плоскости по заданным размерам элементы изображения
стойки (точки A и D, ось x-x);
2) в одном из заданных углом ( положений присоединить ведущее звено АВ;
3) из точки В и точки D провести дуги радиусом соответствующих заданных
размеров (LBC , LCD), пересечение которых определит положение
вращательной пары С;
4) на продолжении отрезка DC радиусом LDE найти точки Е;
5) из точки Е радиусом LEF провести дугу до пересечения с линией x-x
движения ползуна, пересечение которых определит положение поступательной
пары, в точке F.
. Значит, длины звеньев в масштабе (на чертеже) равны:
,
здесь и далее величина в скобках обозначает размер в миллиметрах на
чертеже.
ПЛАН СКОРОСТЕЙ
Построение планов скоростей и ускорений проводится на основе
последовательного составления векторных уравнений для точек звеньев
механизма, начиная с ведущего звена, угловая скорость w1 которого
задана.
Находим численное значение скорости точки B из выражения:
(м/c)
. Вычисляем масштаб:
, тем крупнее построения).
скорости точки B (рис.12, 16, 19). Вектор скорости точки B направлен в
сторону вращения ведущего звена (см. направление w1), перпендикулярно
звену АВ.
Скорость точки C определяется из векторной системы уравнений:
(1)
– векторы относительных скоростей (скорость точки С вокруг B и скорость
точки С вокруг опоры D).
(на плане скорость совпала с полюсом P).
Выполним построения для нахождения точки C:
. Из полюса P проведем линию перпендикулярно звену CD.
через точку b плана скоростей.
– скорость точки С.
4) Находим величину скорости точки С из плана скоростей:
(м/c)
– длина вектора на плане скоростей в миллиметрах.
Построим скорость точки Е для заданий №1,3 (рис.12, 19):
находится из пропорции:
(мм)
– получаем точку E на плане скоростей.
Построим скорость точки Е для задания №2 (рис.16):
Т.к. точка Е принадлежит звену CD, и находится между точками C и D, то
найдем координаты конца вектора pc из пропорции:
(мм)
.
Находим величину скорости точки E из плана:
(м/c)
Скорость точки F определяется с помощью графического решения системы
векторных уравнений:
(2)
.
//x-x.
Выполним построения для нахождения точки F (рис.12, 16, 19):
через точку e на плане скоростей.
2) Через полюс P проведем линию параллельную направляющей оси x-x.
– скорость точки F.
4) Находим величину скорости точки F из плана скоростей:
(м/c)
Из построенного плана найдем некоторые значения скоростей:
(м/c)
(м/c)
.
ПЛАН УСКОРЕНИЙ
Определим ускорение точки B, совершающей равномерное движение по
окружности с радиусом кривошипа AB:
(м/c2)
. Вычисляем масштаб:
, тем крупнее построения).
в направлении к центру вращения точки B (т.е. от точки B к точке A).
Ускорение точки C определяется из векторных уравнений:
(3)
– векторы тангенсальных ускорений.
Определим значения и длины отрезков нормальных ускорений:
(м/с2),
(мм).
(м/с2),
(мм).
Выполним построения для нахождения точки C (рис.13, 15, 18):
(нормальное направление ускорения) по направлению в сторону движения
от точки С к точке В. Перпендикулярно BC проводим через конец этого
отрезка линию – тангенсальное направление ускорения.
(нормальное направление ускорения) по направлению в сторону движения
от точки С к точке D. Перпендикулярно CD проводим через конец этого
отрезка линию – тангенсальное направление ускорения.
.
4) Находим величину ускорения точки С из плана ускорений:
(м/c)
Построим ускорение точки Е для заданий №1,3 (рис.13, 18):
находится из пропорции:
(мм)
– получаем точку E на плане ускорений.
Построим ускорение точки Е для задания №2 (рис.15):
Ход построения ускорения точки Е аналогичен скорости, поэтому:
(мм)
Находим величину ускорения точки E из плана:
(м/c)
:
(м/с2),
(мм).
Выполним построения для нахождения ускорения точки F (рис.13, 15, 18):
(нормальное направление ускорения) по направлению в сторону движения
от точки F к точке E. Перпендикулярно EF проводим через конец этого
отрезка линию – тангенсальное направление ускорения.
2) Через полюс ( плана ускорений проводим линию параллельную оси x-x.
.
4) Находим величину ускорения точки F из плана ускорений:
(м/c)
.
РАСЧЕТ 2-го ЛИСТА
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.
Для того, чтобы привести в движение рычажный исполнительный механизм
применяют электродвигатели.
, приложенному к кривошипу (входной вал рычажного исполнительного
механизма), определяют вращающий момент на входном валу привода:
(Нм)
.
Находим мощность на валу кривошипа:
(Вт)
).
Определяют мощность на валу электродвигателя:
(Вт)
– КПД всего привода, равный произведению частных КПД передач, входящих
в привод:
– КПД подшипников качения.
определяют тип трехфазного асинхронного электродвигателя, наиболее
подходящего для конкретных условий работы (Таблица 1).
Трехфазные асинхронные электродвигатели, наиболее распространенные в
различных отраслях народного хозяйства; их преимущества по сравнению с
двигателями других типов: простота конструкции, меньшая стоимость, более
высокая эксплуатационная надежность. При выполнении курсовых проектов
следует выбирать для приводов именно эти двигатели.
Таблица 1 – Трехфазные асинхронные электродвигатели общего назначения
Мощность,
КВт Частота вращения,
1500 об/мин
Типоразмер
выберем ближайший двигатель.
1500 об/мин.
Найдем частоту вращения вала кривошипа:
(об/мин)
Определим общее передаточное отношение всего привода:
– число об/мин кривошипа.
.
Рассчитаем частоты вращения всех валов привода:
1500 (об/мин)
(об/мин)
(об/мин)
Рассчитаем крутящие (вращающие) моменты привода:
(Нм)
(Нм)
(Нм)
ВЫБОР МАТЕРИАЛА КОЛЕС РЕДУКТОРА
Для материала Сталь 45 выбираем термообработку – улучшение. Выбираем
твердость: шестерни НВ1 269…302
колеса НВ2 235…262
Определяем средние твердости зубьев:
Вычисляем контактные напряжения:
(МПа)
(МПа)
:
(МПа) – допускаемое контактное напряжение.
РАСЧЕТ ЗАКРЫТОЙ ЗУБЧАТОЙ ПАРЫ (КОЛЕСО + ШЕСТЕРНЯ)
Зубчатые передачи предназначены для передачи движения с соответствующим
изменением угловой скорости (момента) по величине и направлению. Усилие
от одного элемента сцепляющейся пары к другому передается посредством
зубьев, последовательно вступающих в зацепление.
Меньшее из зубчатых колес сцепляющейся пары называется шестерней, а
большее – колесом. Термин зубчатое колесо относится как к шестерне, так
и к колесу.
Буквенные обозначения, общие для обоих зубчатых колес сцепляющейся пары,
отмечаются индексом 1 для шестерни и индексом 2 для колеса.
Рассчитываем межосевое расстояние:
– крутящий момент, Нм.
(мм).
Таблица 2 – Ряды межосевых расстояний
стандартных редукторов, мм
1-й ряд 40 50 – 63 80 100 125 – 160 –
200
2-й ряд – –
– – –
140 – 180
–
1-й ряд – 250
– 315 – 400 – 500 – 630 –
2-й ряд 225 –
280 – 355 – 450
560 – 710
ПРИМЕЧАНИЕ: первый ряд следует предпочитать второму.
Определяем модуль зацепления:
(мм)
Значение модуля зацепления m, полученное расчетом, округляем в большую
сторону до стандартного из ряда чисел:
1-й ряд – 1.0; 1.5; 2; 2.5; 3; 4; 5; 6; 8;
10
2-й ряд – 1.25; 1.75; 2.25; 2.75; 3.5; 4.5; 5.5; 7; 9
ПРИМЕЧАНИЕ: При выборе модуля 1-й ряд следует предпочитать 2-му.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАЗМЕРЫ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Определим суммарное число зубьев шестерни и колеса:
Число зубьев шестерни:
Число зубьев колеса:
Делительные диаметры шестерни и колеса:
Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса:
Диаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса:
Ширина венца колеса и шестерни:
РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ ВАЛОВ РЕДУКТОРА
):
Рассчитаем диаметры быстроходного вала редуктора.
мм
– крутящий момент на валу, Нм.
Полученное значение диаметра округляют до ближайшего стандартного
значения, мм, по ГОСТ 8032-56, ГОСТ 6636-69:
16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42,
45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 71, 75, 80, 85, 90, 100, 105, 110, 115,
120, 130, 140, 150, 160, 170 …
Диаметр вала под подшипниками:
Диаметр вала под шестерней:
Рассчитаем диаметры тихоходного вала редуктора.
мм
Диаметр вала под подшипниками:
(мм)
Диаметр вала под колесом:
(мм)
также округляют до стандартного значения.
ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ
Назначение подшипников – поддерживать вращающиеся валы в пространстве,
обеспечивая им возможность свободного вращения или качания, и
воспринимать действующие на них нагрузки.
подбираем подходящие подшипники для обоих валов редуктора. Его
геометрия понадобится при построении чертежа редуктора.
Для быстроходного вала № ______
Для тихоходного вала № ______
Таблица 3 – Подшипники шариковые радиальные однорядные (ГОСТ 8338-75)
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
220 20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
100 47
52
62
72
80
85
90
100
110
120
125
130
140
150
160
180 14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
28
30
34
1.5 10.0
11.0
15.3
20.1
25.6
25.7
27.5
34.0
51
44.9
44.8
51.9
57.0
65.4
75.3
95.8
2
2.5
3
3.5
ВЫБОР ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Шпонки предназначены для передачи крутящих моментов от вала к
находящейся на нем детали или наоборот.
По табл.4 выбираем шпонки и заносим в таблицу:
Размеры, мм Быстроходный вал Тихоходный вал
Консольный участок Под шестерней Консольный
Участок Под колесом
Диаметр вала,D
Шпонка Ширина b
Высота h
Глубина паза t
Длина L
Таблица 4 – Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)
Диаметр вала
Сечение
шпонки
Фаска Глубина
паза
Длина
Вала
Ступицы
Свыше 12 до 17
» 17 » 22
» 22 » 30
» 30 » 38
» 38 » 44
» 44 » 50
» 50 » 58
» 58 » 65
» 65 » 75
» 75 » 85
» 85 » 95
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
5
6
7
0,25…0,4 3
3,5
4 2,3
2,8
3,3 10…32
14…40
18…63
22…80
28…90
36…110
45…125
50…140
56…160
63…180
70…200
0,4…0,6
8
5
3,3
9
10
11
12
5,5
6
???????????????????????????????
Длины призматических шпонок выбирают из следующего ряда: 10; 12; 14; 16;
18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110;
125; 140; 160; 180; 200 мм.
ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1. Что называется звеном?
2. Какие бывают звенья?
3. Что называется кинематической парой?
4. Что такое класс кинематической пары?
5. Чем отличаются низшие кинематические пары от высших?
6. Что называется механизмом?
7. Как рассчитать КПД привода?
8. Как определить передаточное число редуктора и привода ?
9. Как определить частоту вращения выходного или промежуточного валов,
если известна частота вращения ведущего вала?
10. Как изменяется мощность при ее передаче от ведущего вала к ведомому?
11. Как изменяется крутящий момент при его передаче от ведущего вала к
ведомому?
12. Какова связь крутящего момента с мощностью и частотой вращения вала
редуктора с угловой скоростью?
13. Что такое угол зацепления?
14. Что такое модуль зацепления, его размерность?
15. Какие усилия действуют в зацеплении: цилиндрических прямозубых
передач, косозубых цилиндрических передач, конических передач; червячных
передач.
16. Виды ременных передач (по форме профиля поперечного сечения) и по
материалу ремня?
17. Как определить передаточное число ременной передачи?
18. Какие существуют типы подшипников? Последовательность их выбора.
19. Для чего предназначен рым-болт (грузовой болт)?
20. Классификация резьб по форме профиля поперечного сечения.
21. В чем состоит отличие вала от оси?
22. Какие сведения должен содержать чертеж на деталь ?
23. С какой целью вводится термообработка деталей?
24. Что такое квалитет в системе допусков и посадок ЕСКД?
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Построение плана положения механизма
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Пример построения планов скоростей и ускорений для задания
№1
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Пример построения планов скоростей и ускорений для задания
№2
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Пример построения планов скоростей и ускорений для задания
№3
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Пример компоновки редуктора
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Теория механизмов и машин / Под ред. К.В. Фролова. М.: Высшая школа,
1987.
Машнев М.М., Красковский Е.Я., Лебедев П.А. Теория механизмов и машин и
детали машин. Л: Машиностроение,1980
Ковалев Н.А. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1974.
Иванов М.Н. Детали машин. М.: Высшая школа, 1984.
Левятов Д.С. Расчет и конструирование деталей машин М.: Высшая школа,
1979.
Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа,
1979.
Иоселевич Г.Б. Детали машин. М.: Высшая школа, 1988.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
“Основы проектирования и конструирования машин”,
для студентов специальности 060800
экстернатной формы обучения
Составители
Нилов Владимир Александрович
Кирпичев Юрий Викторович
Еськов Борис Борисович
Кирпичев Игорь Юрьевич
Компьютерный набор И.Ю. Кирпичев
ЛР №066815 от 25.08.99. Подписано к изданию 29.02.2002.
Уч.-изд.л. 1.11 ”C”
Воронежский государственный технический университет
394026 Воронеж, Московский просп., 14
СПРАВОЧНИК МАГНИТНОГО ДИСКА
(кафедра ПМ и ПТМ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
“Основы проектирования и конструирования машин”,
для студентов специальности 060800
экстернатной формы обучения
Составители: Нилов В.А., Кирпичев Ю.В., Еськов Б.Б., Кирпичев И.Ю.
Экстернат.doc 1077 кб
05.03.2002
(наименование файла) (объем)
(дата)
PAGE
PAGE 25
Рисунок 4 – Колесо
Рисунок 3 – Шестерня
Рисунок 2 – Внешний вид электродвигателя
Рисунок 1 – Кинематическая схема
Рисунок 5 – Тихоходный вал
Рисунок 6 – Быстроходный вал
Рисунок 8 – Установка шпонки на вале
Рисунок 9 – Построение плана механизма
Рисунок 10 – Пример заполнения основной надписи чертежа
Рисунок 11 – План механизма
Рисунок 13 – План ускорений
Рисунок 12 – План скоростей
Рисунок 14 – План механизма
Рисунок 15 – План ускорений
Рисунок 16 – План скоростей
Рисунок 17 – План механизиа
Рисунок 18 – План ускорений
Рисунок 19 – План скоростей
Рисунок 20 – Чертеж редуктора
Рисунок 7 – Подшипник шариковый
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
