Факультетэкономики и управления в машиностроении.
Кафедраинженерных наук и технологий.
Курсоваяработа.
Тема:Проектирование механической системы промышленного робота манипулятора
Санкт — Петербург
2007 год.
Содержание
Введение
1) Часть №1: Проектный расчет вала редуктора
2) Часть №2: Конструирование вала
3) Часть №3: Приложения
Приложение №1
Приложение №2
Приложение №3
Приложение №4
Список литературы
Введение
Редуктором называютмеханизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в видеотдельного агрегата, и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валурабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора,открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.
Назначение редуктора — понижение угловой скорости и соответствен но повышение вращающего моментаведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости,выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями илимультипликаторами. Редуктор проектируют либо для привода определенной машины,либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Редукторы классифицируют последующим признакам: типу передачи, (зубчатые, червячные илизубчато-червячные), числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые), типузубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические),относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные),особенностями кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоеннойступенью).
Возможности получениябольших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные иволновые редукторы.
Сборку редукторапроизводят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узловвалов: на ведущий вал насаживают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо доупора в бурт вала; затем надевают удерживающие кольца и устанавливаютшарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.
Собранные валы укладываютв основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрываяпредварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Дляцентровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтоф;затягивают болты, крепящие крышку корпуса.
Таким образом мы видим,что одной из важнейших составляющих редуктора является вал. В этой курсовойработе нам как раз предстоит спроектировать и сконструировать вал редуктора.
Предварительнаяконструктивная проработка вала и подшипниковых узлов выполняется на стадииэскизного проекта редуктора. Окончательное конструктивное исполнение этих узловопределяется по результатам расчета вала и подшипников по критериям их работоспособности.При известных нагрузках на вал эти расчеты можно произвести, составив расчетнуюсхему вала.
Рассчитаем необходимыйнам вал в соответствии с требованиями, изложенными в задании к курсовой работе.
Часть №1: Проектныйрасчет вала редуктора
/>
Ft= 2200H Ft– окружная сила
Fa= 770 H Fa– осевая сила
Fr= 836 H Fr– радиальное усилие
l= 0,16 м
D= 0,11 м
I. Силу Fa и Ft переносим к центрутяжести вала
/>
/>
Момент Мавызывает изгиб в вертикальной плоскости XOY.
Сила Fa вызывает растяжение, и в расчетах мыее учитывать не будем.
/>
Момент Mt вызывает кручение вала относительнооси OX.
II. Изобразим пространственную схемувала
Схема представляет собойбалку, лежащую на двух опорах.
/>
Внешние силы лежат в двухвзаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому составляющие реакции определим втех же плоскостях, а затем подсчитаем результирующие реакции.
А) Чертим расчетную схему ввертикальной плоскости XOY иопределяем составляющие реакции.
/>
Ray→ ∑Mв= 0
–Ray∙ 2l+ Fr∙ l– Ma=0
/>
/>
Rву →∑Mа= 0
Rвy∙ 2l – Fr∙ l – Ma =0
/>
/>
Проверка: />∑Y= 0
Ray– Fr+ Rву= 0
285,66H– 836H+ 550,34H= 0H=>Решение верно!
Б) Чертим схему вала в горизонтальнойплоскости XOZ и определим составляющие реакции вэтой плоскости.
/>
/>
–Raz ∙2l +Ft ∙l = 0
/>
Rвz→ ∑Mа= 0
Rвz ∙2l – Ft ∙l= 0
/>
Проверка: ∑Z= 0
Raz– Ft+ Rвz= 0
1100H– 2200H+ 1100H= 0H=>Решение верно!
В) Определим суммарную радиальнуюреакцию в опорах.
/>
/>
III. Строим эпюру изгибающих моментов
А) В вертикальной плоскости XOY.
1-й участок 0 ≤ X1 ≤ 0,16 м
Mz= Ray∙ X1
При X1= 0 м Mz1= 0 H∙м
При X1= 0,16 м Mz1= 45,71 H∙м
2-й участок 0 ≤ X2 ≤ 0,16 м
Mz= Rвy∙ X2
При X2= 0 м Mz2= 0 H∙м
При X2= 0,16 м Mz2= 88,06 H∙м
Б) В горизонтальной плоскости XOZ.
1-й участок 0 ≤ X1 ≤ 0,16 м
My= Raz∙ X1
При X1= 0 м My1= 0 H∙м
При X1= 0,16 м My1= 176 H∙м
2-й участок 0 ≤ X2 ≤ 0,16 м
My= Rвz∙ X2
При X2= 0 м My2= 0 H∙м
При X2= 0,16 м My2= 176 H∙м
/>
A)
/>
Б)
IV. Определение суммарных изгибающих моментов всечении С
— Слева:
/>
— Справа:
/>
/>
V. Строим эпюру Мкр. Мкр= -121 Н*м
VI. Используя III и IV теориипрочности, определяем эквивалентные (приведенные) моменты характерных сечений
/>
/>
VII. Определим опасное сечение ивыпишем величину моментов в этом сечении
Опасное сечение в точкеС.
Мизг =196,8 Н ∙м
Мкр = 121 Н∙м
VIII.Вычисляем диаметр вала d
[σ] = 70 МПа
σmax = />≤ [σ]
/>
/>
/>
/>
28 мм округляем до 30 мм.
Из таблицы нормальныхлинейных размеров выбираем d = 30мм.
Ориентировочное значениедиаметра вала редуктора определено из полного проектного расчета вала настатическую прочность с учетом работы вала на изгиб и кручение. d = 30 мм принимаем в качествевыходного диаметра вала.
Часть №2:Конструирование вала
При конструировании валанеобходимо выполнять следующие основные требования:
Конструкция вала должнаобеспечивать его легкое изготовление.
Необходимо обеспечитьпростоту сборки и разборки деталей, сидящих на валу. Необходимо помнить, чтомногие элементы и размеры являются стандартными и по возможности должны бытьвыбраны из ряда нормальных линейных размеров ГОСТ 6636-69 (Приложение 1).
I. Подбор подшипника для вала
В качестве опор валовиспользуют подшипники – устройства, предназначенные для направления относительногодвижения вала, а так же для передачи нагрузок на корпус машины.
В современноммашиностроении подшипники качения являются основными видами опор валов.Подшипники качения представляют собой наружные и внутренние кольца, срасположенными между ними телами качения (шарики и ролики).
Для предотвращениясоприкосновения тел качения их отделяют друг от друга сепаратором.
Самый распространенный вмашиностроении подшипник – шариковый радиальный однорядный подшипник ГОСТ 8338– 78 (Приложение 2).
Диаметр вала подподшипник качения применяется на 5 — 8 мм больше чем dвала.
dвала под подшипник= 30 мм + 5 мм = 35 мм
d вала под подшипник должен заканчиваться на 0 или 5 идолжен быть целым числом.
По ГОСТ 8338-78 выбираемподшипник №207:
d= 35 мм
D= 72 мм
B= 17 мм
r= 2 мм
II. Определение d валапод колесо
dвала под колесо = dподшип+3r= 35 мм + 2 мм ∙3 = 41 мм
r – радиус фаски, применяемый привыборе подшипника.
Полученное значениеокругляем до ближайшего стандартного нормального значения.
dвала под колесо= 42 мм
Dколеса≥ dвала под колесо
(110 мм ≥ 42 мм+ 9 мм) => колесо надевается на вал и изготовляется отдельно.
III. Определениедиаметра буртика вала
Буртик – участок вала(утолщение), который служит для ограничений перемещений колеса вдоль оси вала.
dбуртика≥ dвала под колесо + 8мм => dбуртика≥ 50мм.
Полученное значениеокругляем до ближайшего стандартного нормального значения. => dбуртика= 50мм.
IV. Подбор шпонки
Для передачи крутящегомомента от вала до ступицы колеса и фиксации детали на валу используетсяшпоночное соединение. Основная деталь соединения – шпонка, устанавливается впаз вала и соединяемой детали.
Размеры шпонокстандартизованы. Наиболее часто применяемые шпонки – призматические шпонки ГОСТ22360-78 (Приложение №3). Размеры стандартной призматической шпонки (в, h, l) выбирают в зависимости от диаметра вала под колесо и длиныступицы под колесо.
lступицы= (0,8мм…1,5мм) от диаметра вала подколесо
lшпонки = lступицы– (5мм…10мм)
в = 12мм
h= 8 мм
t1= 5мм (паз вала)
lступицы= 0,8 ∙ dвала под колесо= 0,8 ∙ 42мм = 33,6мм ≈34мм
lшпонки= 34мм ∙ (5мм…10мм)= от 24ммдо 29мм
Выбираем lшпонки=28мм
lшпонки рабочая= lшпонки – в = 28мм – 12мм = 16мм
При действии на валкрутящего момента на шпонку действует напряжение смятия. После выбора размеровшпонки необходим проверочный расчет шпоночного соединения на прочность понапряжению смятия (сжатие в зоне контакта).
/>
/>
/>
/>
/>
σсмятия ≤ [σ]
[σ] =(110Мпа… 190МПа)
120,04МПа ≤190МПа => Условия прочности на смятие шпонки выполняются.
V. Определение длины концевого участкавала
d= 30мм (из первой части расчета).
В соответствии с ГОСТ12080 – 66 выбираемd=30мм, l = 80 мм.
I. Приложение №1
Нормальные линейныеразмеры, мм (ГОСТ 6636-69)3,2 5,6 10 18 32 56 100 180 320 560 3,4 6,0 10,5 19 34/35 60/62 105 190 190 600 3,6 6,3 11 20 36 63/65 110 200 360 630 3,8 6,7 11,5 21 38 67/70 120 210 380 670 4,0 7,1 12 22 40 71/72 125 220 400 710 4,2 7,5 13 24 42 75 130 240 420 750 4,5 8,0 14 25 45/47 80 140 250 450 800 4,8 8,5 15 26 48 85 150 260 480 850 5,0 9,0 16 28 50/52 90 160 280 500 900 5,3 9,5 17 30 53/55 95 170 300 530 950
II. Приложение №2
Шариковыерадиальные однорядные подшипники (ГОСТ 8338 – 75) Размеры, ммОбозначение подшипников
d
D
В
r Шарики Масса, кг
С, кН
С0, кН
nпред ××10-3, мин‑1
Dw
z
Легкая серия диаметров 2, узкая серия ширин 0 205 25 52 15 1,5 7,94 9 0,12 14,0 6,95 12,0 206 30 62 16 1,5 9,53 9 0,20 19,5 10,0 10,0 207 35 72 17 2,0 11,11 9 0,29 25,5 13,7 9,0 208 40 80 18 2,0 12,7 9 0,36 32,0 17,8 8,0 209 45 85 19 2,0 12,7 9 0,41 33,2 18,6 7,5 210 50 90 20 2,0 12,7 10 0,47 35,1 19,8 7,0 211 55 100 21 2,5 14,29 10 0,60 43,6 25,0 6,5 212 60 110 22 2,5 15,88 10 0,80 52,0 31,0 6,0 213 65 120 23 2,5 16,67 10 0,98 56,0 34,0 5,5 214 70 125 24 2,5 17,46 10 1,08 61,8 37,5 5,0 215 75 130 25 2,5 17,46 11 1,18 66,3 41,0 4,8 216 80 140 26 3,0 19,05 10 1,40 70,2 45,0 4,5 217 85 150 28 3,0 19,84 11 1,80 83,2 53,0 4,3 218 90 160 30 3,0 22,23 10 2,2 95,6 62,0 3,8 220 100 180 34 3,5 25,4 10 3,2 124,0 79,0 3,4
Средняя серия диаметров 3, узкая серия ширин 0 304 20 52 15 2,0 9,53 7 0,14 15,9 7,8 13 305 25 62 17 2,0 11,51 7 0,23 22,5 11,4 11 306 30 72 19 2,0 12,3 8 0,34 28,1 14,6 9 307 35 80 21 2,5 14,29 7 0,44 33,2 18,0 8,5 308 40 90 23 2,5 15,08 8 0,63 41,0 22,4 7,5 309 45 100 25 2,5 17,46 8 0,83 52,7 30,0 6,7 310 50 110 27 3,0 19,05 8 1,08 61,8 36,0 6,3 311 55 120 29 3,0 20,64 8 1,35 71,5 41,5 5,6 312 60 130 31 3,5 22,23 8 1,70 81,9 48,0 5,0 313 65 140 33 3,5 23,81 8 2,11 92,3 56,0 4,8 314 70 150 35 3,5 25,4 8 2,60 104,0 63,0 4,5 315 75 160 37 3,5 26,99 8 3,10 112,0 72,5 4,3 316 80 170 39 3,5 28,58 8 3,60 124,0 80,0 3,8 317 85 180 41 4,0 30,16 8 4,30 133,0 90,0 3,6 318 90 190 43 4,0 31,75 8 5,10 143,0 99,0 3,4 320 100 215 47 4,0 36,51 8 7,00 174,0 132,0 3,0
Тяжелая серия диаметров 4, узкая серия ширин 0 403 17 62 17 2,0 12,7 6 0,27 22,9 11,8 12 405 25 80 21 2,5 16,67 6 0,5 36,4 20,4 9 406 30 90 23 2,5 19,05 6 0,72 47,0 26,7 8,5 407 35 100 25 2,5 20,64 6 0,93 55,3 31,0 7,0 408 40 110 27 3,0 22,23 6 1,20 63,7 36,5 6,7 409 45 120 29 3,0 23,02 7 1,52 76,1 45,5 6,0 410 50 130 31 3,5 25,4 7 1,91 87,1 52,0 5,3 411 55 140 33 3,5 26,99 7 2,3 100,0 63,0 5,0 412 60 150 35 3,5 28,58 7 2,8 108,0 70,0 4,8 413 65 160 37 3,5 30,16 7 3,4 119,0 78,0 4,5 414 70 180 42 4,0 34,93 7 5,3 143,0 105,0 3,8 416 80 200 48 4,0 38,1 7 7,0 163,0 125,0 3,4 417 85 210 52 5,0 39,69 7 8,0 174,0 135,0 3,2 418 90 225 54 5,0 - - 11,4 186,0 146,0 - /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Пример обозначенияшарикового радиального подшипника легкой серии с d=50 мм, D= 80 мм, 5=16 мм: Подшипник 210 ГОСТ8338-75
III. Приложение №3
Призматическиешпонки (ГОСТ 22360 – 78)
Размеры шпоночныхпазов.
/>
IV. Приложение №4
Концы валовцилиндрические (ГОСТ 12080 – 66).
Цилиндрические концы валовпредусматриваются в двух исполнениях:
1 – длинные, 2 –короткие.
/>
Списоклитературы
1. С.А. Чернавский «Курсовоепроектирование деталей машин». М.: «Машиностроение» 1987 г.
2. С.А. Чернавский «Проектированиемеханических передач». М.: «Машиностроение» 1984 г.
3. Дунаев П.Ф. Леликов О.П..«Курсовое проектирование детали машин». Высшая школа 1990 год.
4. Иванов В.Н. «Детали машин».Высшая школа 1991 год.
5. Федоренко В.А., Шошин А.И.«Справочник по машиностроительному черчению». Л.: Машиностроение, 1988 г.- 446с
6. Акушина А.И. «Техническаямеханика: теоретическая механика и сопротивление материалов». М.; Высшая школа,2003.- 352с
7. Ицкович Г.М. «Сопротивлениематериалов». М.; Высшая школа, 2001.- 256с