Устройство механизма подъема. Крюк

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект по дисциплине:

Детали машин и основы конструирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка 3 курса

Специальность:

Шифр:

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012г.

 

 

 

 

Содержание.

 

1. Описание устройства  механизма подъема.

2. Выбор типа подвески. Расчет канатов.

3. Выбор крюка.

4. Расчет упорного  подшипника крюка.

5. Расчет гайки крюка.

6. Расчет элементов  подвески.

7. Расчет блоков подвески.

8. Расчет барабана.

9. Расчет узла крепления  барабанов.

10. Выбор способа укрепления  редуктора с барабаном и расчет оси барабана.

11. Расчет подшипников  оси барабана.

12. Расчет и выбор  электродвигателя.

13. Выбор редуктора.

14. Расчет узла соединения  редуктора с барабаном.

15. Расчет и выбор  тормоза.

16. Расчет и выбор  муфты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Описание  устройства механизма подъема.

 

 

 

 

Заданные параметры:

 

Грузоподъемность  Q=25т=25•10³

 

Режим работы         Легкий

 

Высота подъема      H=16м

 

Скорость подъема   V=0,25

2.Выбор типа  подвески. Расчет канатов.

 

Для обеспечения строго вертикального подъема груза применяются сдвоенный полиспасты из которых на барабан наматываются две ветви.

 

Число ветвей зависит  от грузоподъемности крана

 

При Q=25т=25•10³ кг принимаем число петель равное 8 (табл.)

 

Полиспасты в кранах применяются для выигрыша в силе. Величина этого выигрыша характеризуется кратностью полиспаста

 

где Z – число ветвей, на которых висит груз

 

Zб – число ветвей наматываемых на барабан (для сдвоенных полиспастов Zб=2) 

 

Тогда

 

– кратность полиспаста

1. барабан; 2- гайка крюка; 3- упорный подшипник; 4- крюк

 

Максимальное усилие в точке  набегания его на барабан определяется по формуле

                                                                                    (2)

 

Где Q – грузоподъёмность

 

g – ускорение свободного падения   g = 9,8 м/с²

 

Z – число ветвей на которых висит груз   Z = 4 (табл.)

 

n_пл  - КПД полиспаста, при   i_пл = 4       n_пл =  0,975

 

nⁿнб  - КПД неподвижных блоков на подшипниках качения    nⁿ_нб = 0,98

 

n – число таких блоков приходящихся на одну ветвь каната

 

тогда:

  Fmax = = 33372 Н = 33,372 кН

 

Расчетное разрывное разрывное усилие в канате согласно правилам Госгортехнадзора определяется как:

 

Fразр = Fmax • Kz [Н]                                                                                                (3)

 

Где:  Kz – коэффициент запаса прочности, для легкого режима работа

 

Kz = 5

 

Следовательно

 

Fразр = 33372•5=166860 Н = 166,860кН

 

Окончательно канат  выбирается по таблицам ГОСТ ближайшего разрывного усилия.

 

В данном случае диаметр  каната dk=18мм

 

Маркировочная группа 1764 МПа

 

Fразр.табл=181500, т.к. Fразр≤ Fразр.табл

 

 

3. Выбор крюка

 

 

 

№20

D=170 мм

S=130 мм

B=102 мм

h=164 мм

d2=110 мм

d1=100 мм

d0=Трап. 90x12 мм

L(Тип Б)=820 мм

l=250 мм

l1= 115 мм

В мостовых кранах общего назначения применяются кованые однорогие крюки ГОСТ 6624-74, они могут быть укороченными или удлиненными.

 

Для проектируемой крюковой подвески применяется укороченный крюк.

 

Из таблицы выбираем крюк №20 (по грузоподъемности)

 

Для него:

 

d1=100 мм диаметр шейки крюка

 

d0=Трап. 90x12 мм диаметр резьбы хвостовика

 

 

4. Расчет упорного  подшипника крюка

 

Так как вращение крюка  является только установочным, то расчет подшипника ведется на статической  грузоподъемности.

 

Она определяется по формуле:

Cоа = kд •Q •g   [Н],

 

где kд = 1,2 – динамический коэффициент

 

Следовательно:

Cоа = 1,2 • 25 • 10³ • 9,8 = 294000 Н = 294 кН

 

По ГОСТ 6874-75 выбираем подшипник.

Выбираем тип подшипника: 8222 (легкая серия)

 

Для него:

 

d = 110 мм - внутренний диаметр подшипника (выбирается по крюку)

 

D = 160 мм – наружный диаметр подшипника

 

H = 38 мм – высота подшипника

 

Ca = 138000 H

 

Coa = 394000 H

 

 

5. Расчет гайки  крюка

 

Гайка крюка выполняется  с уширением нижней части, которая  охватывает упорный подшипник.

 

Наименьший диаметр гайки определяется по формуле:

 

D = 1,8 • do [мм],

 

где do – диаметр резьбы хвостовика крюка, мм

 

D = 1,8 • 90 = 162 мм

 

По правилам безопасности стопорение гайки может осуществляться только при помощи планки, которая  устанавливается в шлице на торцевой части хвостовика и крепится болтами в тело хвостовика или гайки.

 

6. Расчет элементов  подвески

 

Траверса подвески работает на изгиб. Расчет траверсы ведется по двум опасным сечениям

 

1. В середине (А-А)
2. В месте изменения сечения (В-В)

 

Максимальный изгибающий момент в сечении А-А определяется по формуле:

 

  [H•см] ,

где L – расчетная длина траверсы, см;

 

Для четырехблочной подвески   

Табл.8

 

b=290 мм;  b2=434 мм;  b1=200 мм

 

 

Момент в сечении  А-А:

 

Момент в сечении  В-В:

 

                                                (7)

    

      bтр = D + (10…15) мм – ширина траверсы

 

D – наружный диаметр упорного подшипника

 

bтр = 162+10 = 172 мм=17,2 см

 

dтр = 100 + 2 = 102 мм=10,2 см (d отверстия принимаем на 2…5 мм > диаметра хвостовика)

 

Параметры траверсы определяются проектным расчётом из усилия прочности  на изгибе

 

Где - коэффициент учитывающий конструкцию детали (2,0…2,8)

 

[n] – допускаемый коэффициент запаса прочности для лёгкого режима работы

 

[n] = 1,4

 

 

Найдём высоту траверсы по формуле:

 

 

 

Диаметр оси траверсы найдём по формуле:

 

 

Момент сопротивления  в сечении А-А определяется по формуле:

 

,

 

где b_тр – ширина траверсы

 

d_тр – диаметр траверсы

 

Момент сопротивления  в сечении В-В рассчитаем по формуле:

 

 

Напряжение в сечении А-А равно:

 

 

< ; 125МПа<127,5МПа

 

 

7. Расчёт блоков подвески

 

Блоки служат для поддерживания  и изменения направления их движения.

 

Перегиб каната на блоках является одной из причин износа канатов, потому чем меньше диаметр блока, тем больше износ каната.

 

Минимально допустимый диаметр  блока определяется по формуле:

 

D_бл = d_k * e      [мм]                                                                                    (13)

 

Где: d_k – диаметр каната, мм;

 

dk = 18мм

 

е – коэффициент учитывающий  допустимый прогиб каната

 

Для лёгкого режима эксплуатации е = 20

 

Dбл = 18 * 20 = 360 мм

 

Окончательный диаметр  блока (по канавке) определяется по ряду предпочтительных чисел, принимаем D_бл = 370 мм;

 

Профиль канавок блоков принимаем по нормалям в зависимости  от диаметра каната.

 

Каждый блок устанавливается на двух радиальных подшипниках.

 

Нагрузка на один подшипник при  максимальном грузе:

 

 

                                                                           (14)

 

Где К_д = 1,2 – динамический коэффициент;

 

n_бл – число блоков в подвеске; nбл = 4

 

K_v = 1,35 - коэффициент вращения;

 

Получаем:

 

Однако в связи с тем, что  кран работает с различными грузами, расчёт следует вести по эквивалентной нагрузке, которую с достаточной точностью можно определить по формуле:

 

 P_экв = K_пр * P_max     [H]                                                                                         (15)

 

Где  K_пр = 0,60 – коэффициент приведения (для лёгкого режима)

 

P_экв  = 0,6 * 49663,125 = 29797,9  [H]                                                                                        

 

Требуемая долговечность  подшипника L (в млн. оборотов) определяется по формуле:

 

 

                                                                  (16)

 

 

Где: L_h – долговечность подшипника;

 

L_h = 1000 часов для лёгкого режима;

 

n_бл – частота вращения блоков, мин^-1;

 

Она вычисляется по формуле:

 

,

где V_k – скорость каната

 

Она равна:

 

V_k = V_r * i_пл , где V_r –скорость подъёма груза;

Vk = 0,2 * 4 = 0,8 м/с

 

Dбл = 370мм = 0,37 м

 

Следовательно:

 

 

Тогда:

 

 

Тогда расчётная динамическая грузоподъёмность шарикового подшипника равна:

 

                                                                          (17)

 

 

 

Подшипник выбираем по ГОСТ 8338-75

 

Выбираем типоразмер 120 (Особо лёгкая серия)

 

d = 100 мм

 

D = 150 мм

 

B = 24 мм

 

C = 42300 Н

 

Co = 38300 Н

 

C_расч  С_табл

 

40323 Н < 42300 Н

 

 

 

 

 

8. Расчёт барабана

 

Барабан служит для навивки  каната и создания тягового усилия. Он может быть литым или сварным.

 Расчётными параметрами  барабана являются:

 

1. Диаметр
2. Длинна
3. Толщина стенки

 

Диаметр определяется по формуле (13)

 

D_бар = d_k * e      [мм]

 

Dбар = 18 * 20 = 360 мм

 

Уточняем его по ряду предпочтительных чисел:

 

D_бар = 370 мм;

 

Для равномерной укладке  каната на поверхности барабана наносят  винтовые канавки нормального профиля. При использовании сдвоенного полиспаста, когда на барабан наматываются две ветви каната, на одной половине барабана делается левая нарезка, на другой правая. В этом случае, при вращении барабана, обе ветви либо наматываются, сдвигаясь к середине барабана,  либо сматываются, смещаясь к краям.

 

Шаг (расстояние между  центрами канавок)  принимаем равным:

 

t = d_k + (1,5…3,0) мм

 

t = 18 + 2 = 20 мм

 

= 1,2 * dк

 

= 1,2 * 18 = 21,6 мм

 

 

Принимаемое значение толщины стенки следует проверить на сжатие по формуле:

 

                                                                                  (19)

 

Где: F_max – максимальное усилие в канате, Н

 

[с_сж] – допускающее сжимаемое напряжение, МПа

 

Принимая за материал стенки ст3 = 240 МПа

 

с_т  - предел текучести ст3 с_т = 240 МПа

 

1,5 – коэффициент запаса прочности.

 

Следовательно:

 

Длина барабана при использовании  сдвоенного полиспаста определяется по формуле:

 

L_б = 2(l_м + l_к) + l₀ = 2(l_кр + l_тр + l_р + l_к) + l₀      [мм],                                         (20)

 

где: l_кр = (2,5….3,0) * t – участок для закрепления конца каната;

 

l_кр = 2,5 * 16 = 40 мм

 

l_тр = (1,5….2,0) * t – участок для неприкосновенных витков трения (для уменьшения нагрузки на элементы крепления каната);

 

l_тр = 1,5 * 16 = 24 мм

 

l_р – участок для навивки рабочей ветви каната;

 

 

Где: l_к – длина общей ветви каната, наматываемой на барабан;

 

Н – высота подъёма  груза   Н = 16м

 

D_бар – диаметр барабана D_бар = 370 мм;

 

t – шаг   t = 20

 

тогда:

 

 

l_к – (2…3) * t – длина концевой части барабана;

 

lk = 2 * 16 = 32 мм

 

l₀ – средний участок барабана, разделяющий левую и правую нарезки;

 

Она служит не только для разделения левой и правой нарезки, но и для обеспечения нормального набегания каната на барабан.

 

С этой целью длина среднего участка  применяется такой, которой должна обеспечивать угол набегания каната на барабан 6^о.

 

l₀ = L – 2h_min * tgф       [мин]                                                                     (21)

 

h_min  - минимальное расстояние между осью барабана и осью подвески предварительно можно принять:

 

h_min = 600….1000 мм в зависимости от диаметра барабана и блоков принимаем

 

h_min = 800 мм

 

L – длина траверсы L = 362 мм

 

lo = 362 – 2 * 800 * tg5 = 222 мм

 

Следовательно длина  барабана равна:

 

Lб = 2 (40+24+1101,7+32)+222 = 2617,4 мм

 

 

9. Расчёт узла  крепления барабанов

 

В механизмах подъёма  мостовых кранов крепление канатов  на барабан производится при помощи одноболтовых и двухболтовых прижимных планок.

 

 

Количество планок определяется расчётом. В случаи  применения одноболтовых балок, не зависимо от расчёта их должно быть не менее двух.