Расчет соединений.
2.1 Расчет шпоночных соединений.
Соединение вал электродвигателя - муфта.
Для диаметра вала d=20 принимаем призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78 b=6 мм, h=6 мм.
Определяем расчетную длину призматической шпонки:
Примем длину шпонки l=28мм.
Винты для крепления каната на барабане.
Определим силу затяжки винтов:
Н
где z – кол – во винтов.
Принимаем класс прочности винтов 3.6, тогда предел текучести 
=200МПа. Допустимое напряжение сжатия 
МПа
Расчётный диаметр винтов:
мм
Окончательно выбираем винты М10.
Металлоконструкция.
3.1 Определение основных размеров
Основные размеры металлоконструкции назначаем по эмпирическим формулам, соответствующим опытным данным и обеспечивающие жесткость конструкции, близкую к нормированной.
Исходными данными для расчета является вылет стрелы L=4500 мм, грузоподъемность Q=5000 Н, высота подъема груза Н=4000 мм, скорость передвижения крановой тележки (тали) V=8 м/мин.
Кран балочного типа с переменным вылетом (с внешней опорой) – по рис. 4.3 [4,c.6].
Расстояние между серединами опор 
Наиболее выгодны по массе балки коробчатого сечения. Высота балки
Принимаем высоту балки h=560 мм.
Ширина балки
Толщина стенки 
Принимаем 4 мм.
Толщина верхнего пояса 
Принимаем 6 мм.
Толщина нижнего пояса, т.к. он служит рельсом для колес электротали:
, где
Fп– подвижная нагрузка от колеса, Н
KQ=1,3 – по табл.2 [4,с.19] принимаем в зависимости от режима эксплуатации;
Kq=1,1– по табл.1 [там же] учитывает удары от неровностей пути;
[σ] – допускаемое напряжение на изгиб, МПа.
Принимаем δп.н.=7 мм.
Размер Δ выбирается по условию размещения ходового колеса. Предварительно принимаем
|
|
Ширина нижнего пояса
Высота эквивалентного сечения 
Расстояние между внутренними стенками сечения принимаем стандартным, что позволяет выполнять диафрагмы из прокатных полос без обрезки по длине. Диафрагмы к верхнему растянутому поясу не приваривают.
Расчетное сечение показано на рисунке.
Свес пояса над стенкой в 11 мм обеспечивает удобство автоматической сварки.
Координаты центра тяжести сечения
Момент инерции определяем, пренебрегая собственными моментами инерции поясов:
Расстояние от нижнего пояса до зева крюка (~800 мм) и до верхнего обреза колонны (~300 мм) определяем по аналогии с подобными конструкциями. Тогда высота колонны:
Hкол = H+0.8-0.3 = 4+0.8-0.3 = 4.5м
Диаметр колонны 
Принимаем Dкол =377 мм (труба бесшовная горячекатаная).
Толщина стенки колонны:
dкол=(0.05…0.08)Dкол=(0.05…0.08)*355,4 = 18,85…30,16 мм
принимаем dкол=28 мм.
Момент инерции колонны:
Jкол=0.32Dкол3*dкол=0.32*3773*28=480*106мм4
3.2. Проверка статического прогиба.
Эпюра изгибающих моментов аналогична приведенной на рисунке.
Расчетная длина стрелы:
Фактический прогиб:
Допустимый прогиб:
Как видно, фактический прогиб не превышает допустимый.
3.3. Определение веса металлоконструкции.
Вес стрелы:
Координаты центра тяжести стрелы:
Вес подвижной колонны
Вес неподвижной колонны:
Gкол=2.5*10-4Dкол*dкол*Hкол=2.5*10-4*425*28*4500=13388 H
3.4.Проверка времени затухания колебаний.
Приведенная масса:
Жесткость:
Период собственных колебаний:
Логарифмический декремент затухания:
Начальная амплитуда:
Время затухания колебаний
|
|
- условие выполнено.
3.5 Проверка прочности.
Допускаемое нормальное напряжение:
Допускаемое касательное напряжение, в том числе и для сварных швов:
Расчет в данном случае целесообразно начинать с подвижной колонны, так как в опасном сечении подвижной колонны действует наибольший момент в вертикальной плоскости.
Момент инерции опасного сечения стрелы:
Момент сопротивления изгибу:
Напряжение изгиба:
Условие выполняется.
3.6 Проверочный расчет сварного соединения стрелы с опорой.
1. Положение, форма и размеры опасного сечения. Сварное соединение нахлесточное, швы угловые, их рассчитывают по условным касательным напряжениям. Один из размеров опасного сечения шва – биссектриса в равнобедренном прямоугольном треугольнике с катетом k, второй – суммарная длина швов. На каждом из участков сварного шва опасное сечение наклонено под углом 45° к плоскости стыка деталей.
2. Расчетное сечение получено поворотом опасного сечения швов на плоскость стыка деталей 1 и 2.
3. Положение центра масс расчетного сечения. Т.к. фигура симметрична, то центр масс шва совпадает с центром симметрии.
4. Силовые факторы, действующие на соединение. При параллельном переносе внешней силы в точку С – центр масс расчетного сечения шва – получаем нормальную силу F=FQ+Gстрелы+Gтали=5000+2729+1500=9229Н и отрывающий момент
М=(FQ +Gтали)*L+ Gстрелы*L/3=(5000+1500)*4,5+2729*1,5=33343.5 H*м
5. Напряжения в расчентном сечении шва
а) от нормальной силы
б) от отрывающего момента пропорциональны расстоянию до нейстральной линии, проходящей через центр масс; максимальное напряжение в наиболее удаленных точках:
|
|
Мосент инерции расчетного сечения шва
6. Суммарные напряжения для наиболее опасно нагруженной точки:
7. Допускаемое напряжение для сварного шва. Допускаемое напряжение на растяжение для основного металла (для стали Ст3), сварка ручная, обычного качества [табл.2.1, 5, с.9]:
Прочность сварного шва достаточна.
Механизм передвижения.
4.1. Исходные данные
Грузоподъемность 
Скорость передвижения 
м/мин
Коэффициент эквивалентности 
Машинное время работы 
ч
4.2. Схема механизма.
Привод механизма представляет собой электродвигатель со встроенным тормозом, закрытый одноступенчатый редуктор, открытую зубчатую пару, колесо которой является ребордой колеса тележки. Будем использовать механизм передвижения с четырьмя колесами, при этом два сделаем приводными.
4.3 Подбор материала и термообработки для катков.
Предварительно рассчитываем диаметр ходовых колес. Для этого определяем наибольшую нагрузку на колесо:
Диаметр ходовых колес (по условию точечного контакта):
Из ряда нормальных размеров принимаем Dk=80 мм.
Выбираем материал отливки – сталь 55Л, радиус головки r2=80 мм.
Рассчитываем колесо на точечный контакт.
Контактное напряжение при точечном контакте:
где
Коэффициент m принимается по табл. 11 [1, c.38] в зависимости от отношения r2/Dk=80/80=1; m=0,119.
Контактное напряжение должно быть меньше допускаемого. Допускаемое напряжение определяем по формуле:
где 
- базовое допускаемое напряжение, определяется по табл. 12 [1, c.39]; 
для стали 55Л.
Наработка колеса, циклы:
где β=0,85 – коэффициент, учитывающий уменьшение средней частоты вращения в периоды неустановившихся движений.
Мы получили, что 
. Окончательно принимаем диаметр катков 80 мм, материал – отливка из стали 55Л.
4.4 Выбор электродвигателя.
1) Требуемая мощность электродвигателя по условиям разгона:
Будем рассчитывать на электродвигатель с синхронной частотой вращения 1500 об/мин
Частота вращения ротора под нагрузкой
Передаточное отношение привода
Передаточное отношение редуктора
КПД привода 
Приведенный момент инерции при пуске
относительное время пуска
t`п – время пуска;
а – ускорение груза при пуске и торможении для механизмов передвижения;. Должно быть меньше допускаемого [a]=0.2 м/с2
Предварительный расчет номинального крутящего момента электродвигателя по условиям разгона:
Предварительный расчет мощности двигателя (по условиям разгона):
2) Расчет мощности электродвигателя для преодоления сил сопротивления передвижению.
Сопротивление передвижению при установившейся скорости и ходовых колесах с одной ребордой без направляющих роликов:
Коэффициент трения качения μ принимаем по табл. 13 [1, c.40]: μ=0.15
Приведенный коэффициент трения в подшипниках f=0.02 (табл. 14, там же).
Диаметр подшипников колес d=0.2Dk=0.2*80=16 мм.
Коэффициент kp, учитывающий трение реборд о рельс, принимаем по табл. 15 (там же): kp=2.5 (для электротали).
Большая мощность двигателя требуется по условиям разгона.
Выбираем двигатель 4А56В4Е2 У1,2: РН=0,18 кВт (при ПВ=25%), nH=1360 об/мин; m=2.1; момент инерции ротора электродвигателя Iэд=6*10-4 кг*м2.
4.5 Редуктор.
Наибольший момент на тихоходном валу редуктора:
Где m – кратность максимального момента двигателя по каталогу (m=2,1);
Частота вращения тихоходного вала закрытой ступени:
Расчет фундаментных болтов.
Определение сил действующих на стык:
Момент сопротивления стыка.
Максимальное напряжение от момента М:
Максимальное напряжение от составляющей Fy:
Условие нераскрытия стыка:
где К –коэффициент запаса по нераскрытию стыка, К=1.5
Сила затяжки:
где z-число болтов, z =8.
Напряжения в болте.
где 
-расчетная площадь болта, для М30 =712 мм2.
Допускаемые напряжения.
где 
предел текучести, для болта 5.8 
=400МПа, s – коэффициент запаса, s=3 (неконтролируема затяжка).
Болты М30-5.8 подходят.