Geum.ru

Курсовой проект для студентов Энми по дисциплине " Детали машин и основы конструирования"

Вид материалаКурсовой проект

Содержание


Расчетное задание 4-го семестра (1 часть курсового проекта)
График выполнения расчетного задания 4-го семестра
Номер пункта задания
Расчетное задание 5-го семестра (2 часть курсового проекта)
График выполнения расчетного задания 5-го семестра
Номер пункта задания
6-ой семестр
График выполнения курсового проекта
Номер пункта задания
Методические рекомендации
Упрощенные эскизные проекты
Дополнительные требования
Официальные темпы инфляции (по отношению к 1991 г.)
Коэффициент инфляции К
Значение коэффициента К
Подобный материал:

РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАНИЯ И КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

для студентов ЭнМИ по дисциплине

“Детали машин и основы конструирования”


Расчетные задания в 4-ом и 5-ом семестрах и курсовой проект в 6-ом семестре являются самостоятельной работой студентов. Они объединены общей целью, которая заключается в практическом проектировании конкретного технического объекта. Фактически это единый учебный проект, выполнение которого применительно к учебному плану разбито на три этапа. Он является первой самостоятельной конструкторской разработкой студентов 2-го и 3-го курсов. Им завершается общетехническая подготовка студентов.

Для успешного выполнения проекта необходимо использование знаний и умений, приобретенных при изучении дисциплин как гуманитарного, социально-экономического цикла, так и математического, естественнонаучного, общепрофессионального циклов.

Отличительной особенностью данного проекта по сравнению с традиционным проектом по курсу “Детали машин” является то, что в нем сделан акцент на оптимизацию проектных решений. Задача оптимизации решается на трех уровнях:
  • при выборе структурной схемы привода;
  • на этапе параметрического синтеза;
  • при конструктивной проработке редуктора.


ЗАДАНИЕ


Первоначальная постановка технического задания (ТЗ) для всех вариантов имеет общую формулировку и заключается в следующем:

поиск и конструкторская разработка оптимального варианта привода и/или его элементов для какого-либо исполнительного механизма.


Каждое задание содержит:
  • структурную схему и краткое описание прототипа привода;
  • первоначальные исходные данные (техническую характеристику);
  • дополнительные требования по функциональному назначению, качеству и ограничениям (см. таблицу 1),

а также (только для учебных целей) подробную формулировку этапов работы для каждого семестра с графиком выполнения пунктов задания в следующем виде


Расчетное задание 4-го семестра (1 часть курсового проекта)

  1. Вычертить структурную схему прототипа привода. Обозначить на ней направления вращения и моментов для всех валов.
  2. Подобрать электродвигатель. Указать его обозначение, мощность и частоту вращения вала.
  3. Найти общее передаточное число механизма привода. Определить передаточные числа редуктора и открытых передач. При необходимости разбить передаточное число редуктора по ступеням. Вычислить значения частот вращения, крутящего момента и мощности на каждом валу редуктора и открытых передач.
  4. Последовательно для каждой ступени редуктора вычертить структурную схему, выполнить проектировочный и проверочные расчеты. Сделать выводы. Спроектировать открытые передачи, дополнительно нагружающие быстроходный и тихоходный валы редуктора.
  5. Определить силы в тихоходной ступени редуктора. Показать вектора сил на структурной схеме ступени, изображенной в изометрии.
  6. Вычислить минимальные значения диаметров для всех валов редуктора. Определить диаметры тихоходного вала под подшипниками и под колесом. Подобрать типоразмер подшипников для тихоходного вала. Выписать его геометрические и силовые параметры из справочника.
  7. Изобразить расчетную схему тихоходного вала редуктора. Обозначить на ней необходимые геометрические и силовые параметры. Линейные размеры определить с учетом спроектированных ступеней редуктора, а также приняв, что зазор безопасности равен 8 мм и торцы подшипников расположены в плоскости внутренней стенки корпуса.
  8. Определить реакции в опорах тихоходного вала. Построить эпюры изгибающих и крутящего моментов под расчетной схемой вала.
  9. Вычислить долговечность подшипников тихоходного вала. Сделать выводы.
  10. Спроектировать соединение колеса с тихоходным валом. Проверить его работоспособность. Сделать выводы.
  11. Оформить расчетное задание (1 часть расчетно-пояснительной записки к курсовому проекту) в соответствии с ГОСТ 7.32–2001 и сдать его на проверку.

График выполнения расчетного задания 4-го семестра

Номер пункта задания
1–3
4
5
6
7
8
9
10
11
Защита, зачет

Учебная

План
1-2
3-7
8
9
10
11
12
13
14 - 15
16–17

неделя
Факт































Расчетное задание 5-го семестра (2 часть курсового проекта)

  1. Уточнить техническое задание с учетом дополнительных требований. С этой целью определить иерархическую структуру объекта проектирования (ОП), построить дерево целей, дополнить исходные данные новыми условиями, ограничениями, обосновать выбор двух показателей качества. Сформулировать уточненное техническое задание.
  2. Провести структурный синтез возможных вариантов передаточных устройств с выбором одного лучшего варианта, альтернативного заданной схеме прототипа привода. Проиллюстрировать в пространстве ПК выбор лучшей структуры.
  3. Выполнить проектировочные и проверочные расчеты передач, входящих в альтернативный вариант привода.
  4. Вычислить минимальные диаметры для всех валов редуктора альтернативной схемы.
  5. Спроектировать корпусные элементы для двух редукторов, соответствующих исходной и альтернативной схемам.
  6. Вычертить упрощенные эскизные проекты для двух (исходного и альтернативного) конструктивных вариантов редукторов на миллиметровке.
  7. Определить численные значения показателей качества обоих вариантов редукторов, провести их сравнения и выбрать лучшее решение.
  8. Спроектировать узел одного из вариантов редуктора с закрепленными на нем колесом и подшипниками в корпусе. Вычертить эскиз узла в масштабе 1:1 на миллиметровке. Проставить на нем необходимые размеры и посадки.
  9. Оформить расчетное задание (2 часть расчетно-пояснительной записки к курсовому проекту) и сдать его на проверку вместе с 1 частью.

График выполнения расчетного задания 5-го семестра

Номер пункта задания
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Защита, зачет

Учебная

План
1-2
3-4
5-6
7
7-8
9-12
13
14
15
16–17

неделя
Факт































6-ой семестр

Задание на курсовой проект (3 часть)

(работа выполняется для лучшего варианта привода)
  1. При наличии устройств, встроенных в элементы передач редуктора (встроенные муфты, синхронизаторы, тормозные, управляющие устройства), выполнить для них необходимые проектировочные и проверочные расчеты, сконструировать сборочную единицу. Если узел не связан с деталями, расположенными внутри корпуса редуктора, то его конструкцию можно разрабатывать отдельно, согласовав присоединительные размеры.
  2. Определить способы смазки зацепления и подшипников, уплотнительные устройства. Спроектировать или подобрать для этих целей необходимые элементы.
  3. Уточнить конструктивные формы и размеры деталей редуктора, упрощенно спроектированных ранее. А именно:
  • найти формы, размеры основных и переходных участков валов;
  • уточнить размеры, типы и схемы установки подшипников;
  • определить формы и размеры колес;
  • окончательно спроектировать все элементы корпуса.
  1. Спроектировать и проверить прочность всех соединений, предназначенных для передачи крутящих моментов. Спроектировать необходимые резьбовые соединения.
  2. На базе упрощенного эскизного проекта выполнить технический (сборочный) чертеж редуктора на миллиметровке в нужном количестве проекций.
  3. Составить расчетные схемы для всех валов. Определить реакции в опорах. Вычертить эпюры изгибающих и крутящего моментов.
  4. Для наиболее нагруженного вала провести проверку прочности в опасных сечениях. В червячной передаче проверить жесткость червяка.
  5. Проверить условия работоспособности всех опор.
  6. При опасности перегрева провести тепловой расчет и обеспечить допустимый тепловой режим работы.
  7. При необходимости внести соответствующие изменения в конструкцию, и для всех элементов добиться выполнения требуемых условий работоспособности.
  8. Составить и оформить спецификацию редуктора. Позиции деталей проставить на чертеже.
  9. Проставить на чертеже присоединительные, установочные, габаритные размеры, а также размеры с посадками на основные сопряжения деталей.
  10. Для характерных посадок (5 - 8 шт.) вычертить схемы посадок, определить характер сопряжений, вычислить предельные зазоры (натяги).
  11. Выявить недостатки спроектированной конструкции с учетом заданных показателей качества и наметить пути их устранения конструктивными способами.
  12. Выполнить чертеж редуктора с учетом возможных конструктивных модификаций всех его основных элементов.
  13. Выполнить на ватмане:
  • сборочный чертеж лучшего варианта редуктора (см. п.5);
  • сборочный чертеж модифицированной конструкции (см. п.15);
  • чертеж узла (см. п.1);
  • рабочие чертежи деталей (4-6 шт., по указанию преподавателя).
  1. Оформить полностью (включая 1 и 2 части) расчетно-пояснительную записку к курсовому проекту и сдать ее на проверку. Подготовиться к защите курсового проекта.

График выполнения курсового проекта

Номер пункта задания
1-2
3
4
5
6-10
11-13
14-15
16
17
Защита, зачет

Учебная

План
1-2
3
4
5-6
7
8
9-10
11
12
13

неделя
Факт































МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Электродвигатель подбирается по мощности и частоте вращения . Мощность определяется через выходную мощность и общий КПД передаточного механизма по формуле

.

Общий КПД передаточного механизма вычисляется по формуле

,

где - КПД одной пары подшипников (для подшипников качения принимается 0,99); r – количество пар подшипников; - КПД i-ой ступени привода (принимается по рекомендациям [1-4]); q – количество ступеней.

Частота вращения вала двигателя совпадает с частотой вращения входного вала передаточного механизма. Возможный диапазон изменения частоты вращения входного вала определяется через частоту вращения выходного вала по формуле

,

где - рекомендуемый диапазон передаточного числа i-ой ступени привода (принимается по рекомендациям [1-4]). По полученному диапазону выбирается частота вращения вала двигателя из четырех возможных вариантов (асинхронные двигатели серий 4А и АИР выпускаются с частотами вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин).

Если в приводе есть открытые передачи, и их наличие определяется необходимыми коммуникациями, то при синтезе структур (5-ый семестр) предлагаются новые варианты редукторов, а открытые передачи не изменяются. В противном случае можно менять весь привод.

2. Рекомендуемый порядок действий проектировщика на этапах уточнения ТЗ и структурного синтеза приведен в [1]. Множество вариантов схем привода (или редуктора) формируется с учетом значения общего передаточного числа, наличия или отсутствия открытых передач, требований ТЗ, а также с использованием рекомендуемых значений передаточных чисел ступеней и сравнительных характеристик разных типов передач [1-3].

3. При выборе лучших вариантов привода как на этапе структурного синтеза, так и при определении параметров необходимо стремиться улучшить значения показателей качества (ПК), например, уменьшить габариты, цену, стоимость электроэнергии или/и увеличить КПД, вероятность безотказной работы. На этапе структурного синтеза при неизвестных значениях ПК применяют метод экспертных оценок с учетом известных преимуществ и недостатков типовых конструкторских решений, сравнительных характеристик различных типов передач и элементов конструкции. Выбор лучшего решения на этапе параметрического синтеза возможен после определения численных значений ПК, т.е. после проведения проектировочных расчетов, эскизного проектирования и оценки значений ПК.

4. Методические рекомендации по проектированию передач содержатся в [4, 10 - 12]. Для определения размеров валов и корпусов рекомендуется использовать методические указания [2, 3].

5. Упрощенные эскизные проекты выполняются с целью определения основных форм, размеров деталей, их взаимного расположения, обеспечивающих возможность правильного функционирования изделия и проведения монтажных операций. В результате могут быть определены массогабаритные параметры как редуктора, так и привода в целом. На этом этапе не следует тратить время на подробную проработку форм каждой детали, т.е. не прочерчивать: фаски, радиусы скругления, литьевые и формовочные уклоны, буртики, крышки подшипников, уплотнения и т.д. Примеры упрощенных эскизных проектов показаны на рисунках 1, 2.

6. При оценке некоторых ПК на этапе параметрического синтеза можно руководствоваться следующими рекомендациями.

6.1. Габаритный параметр привода оценивается по формуле:



где H, L, B - соответственно высота, длина и ширина редуктора (р) и электродвигателя (эл.дв.) без учета выступающих концов вала.

При определении габаритов редукторов используются упрощенные эскизные проекты. Габаритные размеры электродвигателей оцениваются по справочным данным [4].

6.2. Стоимость привода можно оценить по формуле:



где - цена редуктора, - цена электродвигателя (рисунок 3).

Цена редуктора и электродвигателя определяется по рекомендациям [5] с учетом инфляции и уровня реальных цен. При этом используются следующее соотношение

,

где Ки - коэффициент инфляции (учитывает повышение цен по отношению к уровню до 2 апреля 1991 г. Официальные данные по инфляции приведены в таблице 2); Кц - коэффициент, зависящий от вида термообработки колес (см. таблицу 3); - коэффициент, учитывающий реальный уровень цен; m - масса редуктора, кг; N - серийность, шт/год.

Оценить значение коэффициента можно как отношение реальной цены к цене, определенной по коэффициенту инфляции. Например, редуктор массой 50 кг до 1991 г. стоил порядка 100 руб. С учетом инфляции на 1 января 2009 г. он должен стоить 1950 руб., а реальная его цена составляет около 13 000 руб. Тогда коэффициент . Аналогичный расчет для электродвигателя (5,5 кВт и 1000 об/мин) дает значение .

Для определения массы оценивается объем металла (V, м3) колес, валов и корпуса, который умножается на значение плотности соответствующего материала, например



Цена электродвигателя определяется по рисунку 3.

6.3. Стоимость электроэнергии (Цэ, тыс.руб.) определяется по формуле



где - цена одного кВт-ч в рублях, исп. - коэффициент использования (принимается равным 0.2; 0,4; 0,6 в среднем при работе в одну, две и три смены соответственно, а при круглосуточной работе - 0,95…1), - мощность исполнительного механизма или технологической машины в кВт (выходная мощность привода), - КПД привода, Н - срок службы в часах

Н = 24 . 365 . Нг,

Нг - срок службы в годах.

6.4. Качественную оценку надежности можно сделать по количеству кинематических пар механизма, считая его как систему с последовательным соединением элементов, надежность которой тем меньше, чем больше элементов она содержит. Количественную оценку вероятности безотказной работы основных деталей машин, а также механизма в целом можно провести с учетом рекомендаций, содержащихся в [6].

7. Лучшим считается вариант привода, для которого значения целевой функции  будет минимальным. Аддитивная целевая функция может быть найдена по формуле



где и - весовые коэффициенты нормированных показателей качества соответственно.


Таблица 1 - Дополнительные требования

Дополнительная функция
Требование по качеству
Ограничение

№
наименование
№
привод должен быть (иметь)
№
не применять

1.
Защита от перегрузок
1.
Дешевым
1.
Дорогих материалов

2.
Защита от динамических нагрузок
2.
Компактным
2.
Цветных металлов

3.
Обеспечить циркуляционную смазку
3.
Легким
3.
Открытых передач

4.
Защита от повышенной запыленности
4.
Малую площадь основания
4.
Подшипников качения

5.
Защита от шума
5.
Малую высоту
5.
Литья корпуса

6.
Корпус редуктора является фундаментом для электродвигателя
6.
Надежным
6.
Привертных крышек подшипников


Таблица 2 - Официальные темпы инфляции (по отношению к 1991 г.)

Год
Темп инфляции

(во сколько раз увеличились цены по отношению к прошлому году)
Коэффициент инфляции Ки

(во сколько раз увеличились цены по отношению к 1991 г.)

1992
26
26

1997
1,11
2477,086

1998*
1,84  10-3
4,558

2005
1,109
14,112

2006
1,09
15,382

2007
1,119
17,213

2008
1,133
19,502

* с учетом деноминации

Таблица 3 - Значение коэффициента Кц

№№
Тип
Коэффициент Кц при следующей термообработке:

пп
редуктора
улучшение

HRC1  35
закалка ТВЧ

HRC1  50
цементация

HRC1  50


Цилиндрический одноступенчатый
3,15
3,3
3,8


Конический одноступенчатый
5,9
6,2
7,2


Червячный одноступенчатый
3,5
3,75
5,15


Цилиндрический 2-ступ. соосный
4,0
4,3
4,9


Цилиндрич-ий 2-ступ. по развернутой сх.
3,75
3,9
4,5


Коническо-цилиндрический 2-ступ.
4,15
4,4
5,1


Цилиндрич-ий 2-ступ. шевронный
6,1
6,35
7,7


Цилиндрический 3-ступенчатый
4,3
4,45
5,1


Червячный 2-ступенчатый
3,7
3,85
5,25


Планетарный одно- и двухступенчатый
5,9
6,2
7,3










ЛИТЕРАТУРА

1. Корж Д.Д., Хорошев А.Н. Этапы проектирования механического привода. М.: Изд-во МЭИ, 1997. 84 с.

2. Методические указания по курсу “Основы инженерного проектирования”. Типовые решения в проектировании привода/ Д.Д.Корж. М.: Изд-во МЭИ, 1995. 100 с.

3. Сазонов Ю.И. Проектирование механизмов передач. Методическое пособие к курсовому проектированию / Под ред. С.Ф. Мороза. – М.: Издательство МЭИ, 2004. 44 с.

4. Методические указания к практическим и лабораторным занятиям по курсам “Детали машин”, “Основы инженерного проектирования”, “Прикладная механика”. Механические передачи/ С.Ф.Мороз, Н.А.Аксенова, Д.Д.Корж и др. М.: Изд-во МЭИ, 1997. 48 с.

5. Расчет деталей машин на ЭВМ/ Д.Н.Решетов, С.А.Шувалов, В.Д.Дудко и др. М.: Высшая школа, 1985. 368 с.

6. Корж Д.Д. Вероятностная оценка надежности деталей машин. М.: Изд-во МЭИ. 1995. 50 с.

7. Орлов П.И. Основы конструирования. В 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1988.

8. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 1998. 447 с.
  1. Корж Д.Д. Практика проектирования. М.: Издательство МЭИ. 2001. 88 с.
  2. Мороз С.Ф., Шуклин Ю.А. Проектирование конических передач. М.: Издательство МЭИ. 2003. 40 с.
  3. Корж Д.Д., Шуклин Ю.А., А.А.Карпов, Писарев Д.С. Проектирование ременных и цепных передач. М.: Издательство МЭИ, 2005. 68 с.
  4. Мороз С.Ф., Сазонов Ю.И., Шуклин Ю.А., Чугунов В.И. Проектирование червячных передач. М.: Издательство МЭИ, 2005. 72 с.


АТЛАСЫ

  1. Детали машин: Атлас конструкций /Под ред. Д.Н.Решетова, М.: Машиностроение 1992.
  2. Цехнович Л.И., Петриченко И.П. Атлас конструкций редукторов. Киев. Выща школа. 1990. 151 с.
  3. Учебное пособие «Механизмы вспомогательного оборудования в энергетике. Атлас конструкций»/ Под ред. Д.А.Перемыщева, М.: Изд-во МЭИ, 1992. 70 с.
  4. Зубчатые и червячные передачи. Атлас конструкций /Под ред. С.Ф.Мороза. М.: Издательство МЭИ. 2000. 114 с.
  5. Дашкевич Б.П. и др. Атлас деталей машин. Киев, Гостехиздат, 1957. 232 с.
  6. Ершов В.И., Александров К.К. Учебное пособие «Атлас механизмов ТЭС и АЭС». М.: Изд-во МЭИ, 1978.
  7. Анфимов М.И. Редукторы. Конструкции и расчет. Альбом. М.: Машиностроение, 1972. 284 с.

ПРИМЕЧАНИЕ: — материалы стенда, рабочие и экзаменационные программы, список литературы размещены на сайте кафедры ОКМ: ссылка скрыта

— с характеристиками и схемами редукторов можно ознакомиться на сайтах:

ссылка скрыта - Научно-технологический центр «Редуктор», г. Санкт-Петербург

ссылка скрыта - Ижевский редукторный завод ОАО "Редуктор"

ссылка скрыта - ОАО "Майкопский редукторный завод"