| Факультет экономики и управления в машиностроении.
Кафедра инженерных наук и технологий.
Курсовая работа.
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 называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата, и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей 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 момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами. Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Редукторы классифицируют по следующим признакам: типу передачи, (зубчатые, червячные или зубчато-червячные), числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые), типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические), относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные), особенностями кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью).
Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.
Сборку редуктора производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов: на ведущий вал насаживают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают удерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.
Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки 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 курсовой работе нам как раз предстоит спроектировать и сконструировать вал редуктора.
Предварительная конструктивная проработка вала и подшипниковых узлов выполняется на стадии эскизного проекта редуктора. Окончательное конструктивное исполнение этих узлов определяется по результатам расчета вала и подшипников по критериям их работоспособности. При известных нагрузках на вал эти расчеты можно произвести, составив расчетную схему вала.
Рассчитаем необходимый нам вал в соответствии с требованиями, изложенными в задании к курсовой работе.
Часть №1: Проектный расчет вала редуктора
Ft
= 2200
H
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 центру тяжести вала
Момент Ма
вызывает изгиб в вертикальной плоскости XOY.
Сила Fa
вызывает растяжение, и в расчетах мы ее учитывать не будем.
Момент Mt
вызывает кручение вала относительно оси OX.
II
. Изобразим пространственную схему вала
Схема представляет собой балку, лежащую на двух опорах.
Внешние силы лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому составляющие реакции определим в тех же плоскостях, а затем подсчитаем результирующие реакции.
А)
Чертим расчетную схему в вертикальной плоскости XOY и определяем составляющие реакции.
Ray
→ ∑
M
в
= 0
–
Ray
∙ 2
l
+
Fr
∙
l
–
Ma
=0
R
ву
→ ∑M
а
= 0
R
в
y
∙ 2l – Fr
∙ l – Ma
=0
Проверка:
∑
Y
= 0
Ray
–
Fr
+
R
ву
= 0
285,66
H
– 836
H
+ 550,34
H
= 0
H
=>Решение верно!
Б)
Чертим схему вала в горизонтальной плоскости XOZ и определим составляющие реакции в этой плоскости.
–
Raz
∙2l + Ft
∙l = 0
R
в
z
→ ∑M
а
= 0
R
в
z
∙2l – Ft
∙l = 0
Проверка:
∑
Z
= 0
Raz
–
Ft
+
R
в
z
= 0
1100
H
– 2200
H
+ 1100
H
= 0
H
=>Решение верно!
В)
Определим суммарную радиальную реакцию в опорах.
III
.
Строим эпюру изгибающих моментов
А)
В вертикальной плоскости XOY.
1-й участок
0 ≤ X1
≤ 0,16 м
Mz
=
Ray
∙
X
1
При X
1
= 0 м
Mz
1
= 0
H
∙м
При X
1
= 0,16 м
Mz
1
= 45,71
H
∙м
2-й участок
0 ≤ X2
≤ 0,16 м
Mz
=
R
в
y
∙
X
2
При X
2
= 0 м
Mz
2
= 0
H
∙м
При X
2
= 0,16 м
Mz
2
= 88,06
H
∙м
Б)
В горизонтальной плоскости XOZ.
1-й участок
0 ≤ X1
≤ 0,16 м
My
=
Raz
∙
X
1
При X
1
= 0 м
My
1
= 0
H
∙м
При X
1
= 0,16 м
My
1
= 176
H
∙м
2-й участок
0 ≤ X2
≤ 0,16 м
My
=
R
в
z
∙
X
2
При X
2
= 0 м
My
2
= 0
H
∙м
При X
2
= 0,16 м
My
2
= 176
H
∙м
A
)
Б)
IV
.
Определение суммарных изгибающих моментов в сечении С
- Слева:
- Справа:
V
.
Строим эпюру Мкр
. Мкр
= -121 Н*м
VI.
Используя III и IV теории прочности, определяем эквивалентные (приведенные) моменты характерных сечений
VII.
Определим опасное сечение и выпишем величину моментов в этом сечении
Опасное сечение в точке С.
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 нормальных линейных размеров выбираем d = 30 мм.
Ориентировочное значение диаметра вала редуктора определено из полного проектного расчета вала на статическую прочность с учетом работы вала на изгиб и кручение. d = 30 мм принимаем в качестве выходного диаметра вала.
Часть №2:
Конструирование вала
При конструировании вала необходимо выполнять следующие основные требования:
Конструкция вала должна обеспечивать его легкое изготовление.
Необходимо обеспечить простоту сборки и разборки деталей, сидящих на валу. Необходимо помнить, что многие элементы и размеры являются стандартными и по возможности должны быть выбраны из ряда нормальных линейных размеров ГОСТ 6636-69 (Приложение 1).
I.
Подбор подшипника для вала
В качестве опор валов используют подшипники – устройства, предназначенные для направления относительного движения вала, а так же для передачи нагрузок на корпус машины.
В современном машиностроении подшипники качения являются основными видами опор валов. Подшипники качения представляют собой наружные и внутренние кольца, с расположенными между ними телами качения (шарики и ролики).
Для предотвращения соприкосновения тел качения их отделяют друг от друга сепаратором.
Самый распространенный в машиностроении подшипник – шариковый радиальный однорядный подшипник ГОСТ 8338 – 78 (Приложение 2).
Диаметр вала под подшипник качения применяется на 5 - 8 мм больше чем d
вала
.
d
вала под подшипник
= 30 мм + 5 мм = 35 мм
d
вала под подшипник
должен заканчиваться на 0 или 5 и должен быть целым числом.
По ГОСТ 8338-78 выбираем подшипник №207:
d
= 35 мм
D
= 72 мм
B
= 17 мм
r
= 2 мм
II. Определение d вала под колесо
d
вала под колесо
=
d
подшип
+3
r
= 35 мм + 2 мм ∙3 = 41 мм
r – радиус фаски, применяемый при выборе подшипника.
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения.
d
вала под колесо
= 42 мм
D
колеса
≥
d
вала под колесо
(110 мм ≥ 42 мм + 9 мм) => колесо надевается на вал и
изготовляется отдельно.
III. Определение диаметра буртика вала
Буртик – участок вала (утолщение), который служит для ограничений перемещений колеса вдоль оси вала.
d
буртика
≥
d
вала под колесо
+
8мм => d
буртика
≥
50мм.
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного нормального значения. => d
буртика
=
50мм.
IV. Подбор шпонки
Для передачи крутящего момента от вала до ступицы колеса и фиксации детали на валу используется шпоночное соединение. Основная деталь соединения – шпонка, устанавливается в паз вала и соединяемой детали.
Размеры шпонок стандартизованы. Наиболее часто применяемые шпонки – призматические шпонки ГОСТ 22360-78 (Приложение №3). Размеры стандартной призматической шпонки (в, h, l) выбирают в зависимости от диаметра вала под колесо и длины ступицы под колесо.
l
ступицы
= (0,8мм…1,5мм) от диаметра вала под колесо
l
шпонки
=
l
ступицы
– (5мм…10мм)
в = 12мм
h
= 8 мм
t
1
= 5мм (паз вала)
l
ступицы
= 0,8 ∙
d
вала под колесо
= 0,8 ∙ 42мм = 33,6мм ≈ 34мм
l
шпонки
= 34мм ∙ (5мм…10мм)= от 24мм до 29мм
Выбираем
l
шпонки
=28мм
l
шпонки рабочая
=
l
шпонки
– в = 28мм – 12мм = 16мм
При действии на вал крутящего момента на шпонку действует напряжение смятия. После выбора размеров шпонки необходим проверочный расчет шпоночного соединения на прочность по напряжению смятия (сжатие в зоне контакта).
σ
смятия
≤
[σ
]
[σ
] = (110
Мпа
… 190
МПа
)
120,04МПа ≤ 190МПа => Условия прочности на смятие шпонки выполняются.
V
.
Определение длины концевого участка вала
d
= 30мм (из первой части расчета).
В соответствии с ГОСТ 12080 – 66 выбираем d
= 30мм, l
= 80 мм.
I
. Приложение №1
Нормальные линейные размеры, 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
Шариковые радиальные однорядные подшипники (ГОСТ 8338 – 75)
Размеры, мм
| Обозначение подшипников
|
d
|
D
|
В
|
r
|
Шарики
|
Масса, кг
|
С
, кН
|
С0
, кН
|
n
пред
××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 обозначения шарикового радиального подшипника легкой серии с
d
=50 мм,
D
= 80 мм, 5=16 мм: Подшипник 210 ГОСТ 8338-75
III
. Приложение №3
Призматические шпонки (ГОСТ 22360 – 78)
Размеры шпоночных пазов.
IV
. Приложение №4
Концы валов цилиндрические (ГОСТ 12080 – 66).
Цилиндрические концы валов предусматриваются в двух исполнениях:
1 – длинные, 2 – короткие.
Список литературы
1. С.А. Чернавский «Курсовое проектирование деталей машин». М.: «Машиностроение» 1987 г.
2. С.А. Чернавский «Проектирование механических 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. «Техническая механика: теоретическая механика и сопротивление материалов». М.; Высшая школа, 2003.- 352с
7. Ицкович Г.М. «Сопротивление материалов». М.; Высшая школа, 2001.- 256с
|
