Описание практических занятий

 

Лабораторные работы

 

    В 6-м семестре студент должен выполнить три лабораторные работы, составить на типовых бланках кафедры отчет и отчитаться по ним, получив зачет.

    Для всех работ имеются методические указания в печатном и электронном видах. В них приводятся краткие сведения из теории по существу работы, описание объектов испытания, устройство испытательного стенда, конкретные требования по технике безопасности, порядок выполнения работы, указания к составлению отчета. Особое внимание следует обратить на вопросы для самоподготовки, по которым проводится опрос при сдаче отчета.

    Работы проводятся бригадами, оптимальный состав которых 4 человека.

    Внимание. Перед началом лабораторных работ каждый студент должен распечатать (скопировать) себе типовые бланки отчетов к работам № 3, 5, 10 для аудиторной записи в них результатов измерений. Бланки можно взять с компьютера кафедры "Техническая и прикладная механика" или в вычислительном центре ФАМ НГТУ (3-й блок электронной библиотеки "Детали машин"). 

    Лабораторная работа № 3.  Анализ работы предохранительных муфт [22]

    Цель работы – Изучение конструкций предохранительных муфт, экспериментальное определение моментов срабатывания и остаточных моментов муфт и сравнение их с заданными моментами по величинам погрешностей.

    К бланку отчета студент прикладывает лист с конструкцией муфты, где должны быть указаны позиции всех деталей и перечень их наименований, т.е. устройство муфты. Конкретная муфта для этого выдается преподавателем.

    Лабораторная работа № 5. Определениеосновных параметров зубчатого цилиндрического редуктора [23]

    Цель работы – изучение конструкции, определение основных параметров, приобретение навыков разборки, регулирования и сборки двухступенчатого цилиндрического редуктора.

       Лабораторная работа № 10. Изучение конструкций подшипников качения [24]

    Цель работы – изучение конструкций основных типов подшипников качения: их условного обозначения по ГОСТ, характеристик, изображения сечений на чертежах.

 

Практические занятия

    Согласно тематическому плану дисциплины на практические занятия отводится четыре часа, т.е. два аудиторных занятия.

 

Практическое занятие 1

по теме 1 раздела 3 "Энергетический и кинематический расчеты привода".

       Примечание 1. Данная тема является основополагающей для начала расчета любого

 привода машины с целью подбора электродвигателя, определения нагрузки и скоростей валов.

Основным источником литературы для решения задачи являются методические указания кафедры [15]. По ходу решения ссылка на этот источник будет даваться только указанием страницы из него.

Задача 1. Рассчитать привод к барабану ленточного конвейера по следующим данным (рис. 1): тяговое усилие ленты F = 4000 Н; скорость ленты v = = 0,63 м / с; диаметр приводного барабана D = 450 мм; циклограмма нагружения (рис. 2), режим работы фиксированный.

Рис. 1

На рис. 1 обозначено: 1 – приводной барабан; 2 – натяжной барабан; 3 – лента; 4 – поддерживающие пенту ролики; 5 – груз

 

     Решение.

     1. Частота вращения приводного барабана

n _Б′ = 6∙10⁴ v / (π D) = 6∙10⁴∙0.63 / (π∙450) = 26,74 мин^-1.

     2. Ожидаемое общее передаточное число привода u ₀′ = n _ДВс′ / n _Б′, где n _ДВс′ – синхронная частота вращения двигателя.

     Ориентируясь на рекомендуемые для приводов общего назначения электродвигатели серии АИР [c. 23], будем иметь:

n ДВс′,мин^-1	3000	1500	1000	750
u 0′	112,19	56,1	37,4	28,05

    3. Схема привода. Критерии выбора схемы:

    1) осуществление требуемого передаточного числа u ₀′ (отдельные виды и ступени передач ограничены по передаточным числам);

    2) компоновка привода (занимаемый минимальный объем пространства);

    3) технико-экономические возможности конкретного предприятия.

Вариантов схем привода может быть много. Выбираем в качестве примера один из них:  двигатель – клиноременная передача – двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор (КЦ) – приводной барабан конвейера (рис. 3).

На рис. 3 обозначено: 1 – электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – быстроходная (коническая) ступень редуктора КЦ; 4 – тихоходная (цилиндрическая) ступень редуктора КЦ; 5 – муфта; 6 – приводной барабан; 7 – лента конвейера.   Римскими цифрами обозначены номера валов.

Рис. 3

    Примечание 2. В курсовом проекте схема привода задается в техническом задании.

    Согласно рекомендации [c. 11] передаточное число ременной передачи u _р.п = 2…3; передаточное число редуктора КЦ [c. 13] u _ред = 6,3…40. Тогда диапизон u _0min - u _0max привода по формуле u ₀ = u _р.п u _ред будет равен 12,6…120, что перекрывает все ожидаемые u ₀′.                      

Согласно направлению вращения валов (на рис. 3 показаны стрелками) при левом вращении барабана двигатель (смотреть со стороны его вала) должен иметь правое вращение.

    4. Подбор двигателя

    1) КПД привода [c. 7]         η₀ = η₁η₂η₃η₄η₅,

где η₁ = 0,95 – КПД ременной передачи; η₂ = 0,96 – КПД закрытой конической передачи; η₃ = 0,97 – КПД закрытой цилиндрической передачи; η₄ = 0,98 – КПД муфты; η₅ = 0,99 – КПД пары подшипников качения барабана;

                       η₀ = 0,95∙0,96∙0,97∙0,98∙0,99 = 0,86.

2) Мощность электродвигателя [c.7]

    Потребная мощность двигателя в повторно-кратковременном режиме работы при фиксированной циклограмме нагружения           Р _ДВ′ = Т_Е n _Б′ / 9550η₀,

где Т_Е = К_ЕТ _nom – эквивалентный вращающий момент; Т _nom = Т _Б – номинальный вращающий длительный момент на барабане, равный Т ₁ по циклограмме нагружения (пусковой момент Т _пуск, кратковременно-действующий, не учитывают); К_Е – коэффициент приведения эаданного переменного режима к эквивалентному постоянному [c. 8]:

Т _Б = FD / 2000 = 4000∙450 / 2000 = 900 Н∙м; 

К_Е = [S(T_i / T _nom)²(L_hi / L_h)]^1/2 = (1²∙0.3 + 0,6²∙0,5 + 0.4²∙0,2)^1/2 = 0,72;

T _Е = 0,72∙900 = 648 Н∙м;  Р _ДВ′ = 648∙26,74 / (9550∙0,86) = 2,11 кВт.

В качестве примера принимаем двигатель с n _ДВс′ = 1500 мин-1 (u ₀′ = 56,1). Тогда из условия Р _ДВ′ £ Р _ДВ, где Р _ДВ – мощность двигателя по каталогу, [c. 23] будем иметь Р _ДВ = 2,2 кВт; n _ДВ = 1395 мин^-1; Т _пуск / Т = 2,2 > 1,6 (по циклограмме нагружения) [c. 24] – двигатель удовлетворяет условию пуска;   Т _max / Т = 2,4.

Размеры двигателя приведены на [c. 25, 26].

Итак, ДВИГАТЕЛЬ АИР 90 L 4У3 ТУ 16-525.564-84.

5. Общее передаточное число и его разбивка по ступеням передач

Уточнение u ₀′ = 1395 / 26,74 = 52,17.

Допустим u _ред′ = 28, тогда u _р.п′ = 52,17 / 28 = 1,86. Передаточное число редуктора u _ред′ = u _Б u _Т при условии, что u _Б ≥ u _Т. По рекомендации [c. 13, табл. 3] для редуктора КЦ u _Т′ = 0,63(u _ред²)^1/3 = 0,63(28²)^1/3 = 5,81; u _Б′ = 28 / 5,81 = 4,82 – не годится, так как u _Б′ < u _Т′. Следовательно, надо принять   u _Т′ = 2(u _ред)^1/3 – 1 =

= 2(28)^1/3 – 1 = 5,07 и u _Б′ = 28 / 5,07 = 5,52 (u _Б′ > u _Т′). По ГОСТ 12289-76 для конической пары u _Б = 5,6 и по ГОСТ 2185-66 для цилиндрической передачи u _Т =

= 5; u _ред = 5,6∙5 = 28. Округлим (по ряду R 20) u _р.п = 1,8*, тогда u ₀ = 1,8∙28 = 50,4.

    Отклонение передаточного числа D u ₀ = 100(u ₀′ – u ₀) / u ₀′ = 100(52,17 –

– 50,4) / 52,17 = 3,39% < [± 4%], что допустимо.

В этом случае частота вращения барабана n _Б = 1395 / 50,4 = 27,68 мин^-1.

       Примечание 3. * – передаточные числа ременных, цепных и др. передач здесь, в кинематическом расчете округлять до нормальных чисел нецелесообразно, так как в дальней-

 

ших расчетах их, принимая стандартные параметры, неизбежно придется снова округлять и передаточные числа. В примере округление выполнено с целью расчета погрешности D u ₀.

    6. Частоты вращения и моменты на валах [c. 14]

    Частота вращения i -го вала определяется по формуле n_i = n ₁ / u _{1- i}, где

i = 1, 2..,5 – номера валов на рис. 3.

    Вращающий момент на j -м валу находят по формуле Т _j = T _Б / (u_{n - j} η _{n - j}),

где j = 5, 4…1 – номера валов от n = 5 (вал барабана) до j = 1 (вал двигателя);

u_{n - j} иη _{n - j} – соответственно передаточное число и КПД с n -го на j -й вал.

    Результат расчета частот и моментов на валах представлен в табл. 1.

Таблица 1

Номер вала	1	2	3	4	5
ni, мин^-1	1395	775	138,39	27,68
Т j, Н∙м	20,76	35,6	191,3	927,8	900

       Примечание 4. В методических указаниях [15, с. 14] приведены примеры энергетического и кинематического расчетов для различных схем приводов.

 

Практическое занятие 2

по теме 3 раздела 5 "Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности (ГОСТ 18855)"

Примечание 1. Основным источником литературы для решения данной задачи являются методические указания кафедры [20].  Ссылка на этот источник будет даваться только указанием страницы из него.

Задача 2. Для промежуточного валаредуктора КЦ (задача 1, рис. 3, вал III) подобрать подшипники по следующим исходным данным:

    1) предварительно при конструировании и расчете вала диаметр вала под подшипниками d _П = 35 мм; приняты роликовые конические подшипники 7207А ГОСТ 27365-87; схема установки подшипников "враспор";

2) внешняя нагрузка (рис. 4) на опорах: Fr 1 = 3411 Н, Fr 2 = 5193 Н, FA = 856 Н;      3) частота вращения вала n = 138,39 мин^-1;      4) Ресурс Lh = 10120 ч при 90%-й вероятности безотказной работы.      5) Нагрузка переменная – циклограмма нагружения дана в задаче 1.

Решение.

    1. Критерий работоспособности.

    При n > 1 мин^-1 наблюдается усталостное выкрашивание рабочих поверхностей и тел качения. Ресурс подшипников рассчитывают по динамической грузоподъемности (ГОСТ 18855-94).

2. Характеристика подшипников 7207А [11, т. 2] (рис. 5): 1) габаритные размеры d x D x T = 35 x 72 x 18,25 мм; 2) динамическая и статическая базовые радиальные грузо- подъемности Cr  = 48400 Н, C 0 r = 32500 Н; 3) параметр осевого нагружения е = 0,37; 4) масса одного под-

67

шипника m = 0,33 кг; n _max = 5300 / 7000 мин^-1.      

    При отношении F_a / VF_r £ e X = 1,   Y = 0; при    F_a / VF_r > e X = 0,4, Y = 1,62.

3. Расчетная осевая нагрузка (рис. 4).

    1) Условие равновесия на ось вала F_{a 2} – F_{a 1} = F_{a 1} = F_{a 1} = F_{a 1} = F_{a 1} = F_A –

– F_{a 1} = 0.

    2) Условие регулирования (сборки) F_{a 1} ≥ F_{S 1}, F_{a 2} ≥ F_{S 2},

где    F_{S 1} = 0,83 eF_{r 1} = 0,83∙0,37∙3411 = 1048 Н; F_{S 2} =  0,83 eF_{r 2}  =  0,83∙0,37∙5193  =

= 1595 Н. 

    Допустим, что F_{a 2} = F_{S 2} = 1595 Н. Тогда из условия равновесия F_{a 1} = F_{a 2} –

– F_A = 1595 – 856 = 739 Н < F_{S 1} = 1048 Н, условие регулирования не выполняется. Необходимо принять F_{a 1} = 1048 Н и F_{a 2} = F_{a 1} + F_A = 1048 + 856 = 1904 Н >

> F_{S 2} = 1595 Н.

    4. Проверка отношения F_a / (VF_r), где V = 1 – коэффициент вращения (вращается внутреннее кольцо).

    F_{a 1} / (VF_{r 1}) = 1048 / (1∙3411) = 0,307 < e = 0,37; 

    F_{a 2} / (VF_{r 2}) = 1904 / (1∙5193) = 0,367 < e ≈ 0,37;

    Следовательно, осевые силы F_{a 1} и F_{a 2} не оказывают влияния на ресурс подшипников, и их учитывать не надо: Х = 1, Y = 0.

    5. Эквивалентная радиальная динамическая нагрузка [c. 9] при Х = 1, Y =

= 0 P_r = VF_rK _Б K _T. Отсюда, так как F_{r 2} > F_{r 1}, то и P_{r 2} > P_{r 1} – расчет должен производиться по опоре 2; К _Б = 1,4 [c. 11] коэффициент безопасности для зубчатого редуктора общего назначения; К _Т = 1,0 – температурный коэффициент при t ⁰ < 100⁰C;    P_{r 2} = 1∙5193∙1,4∙1 = 7270 Н.

    6. Эквивалентная радиальная динамическая нагрузка с учетом переменного режима нагружения [c.12]:   

P _{Е r} = К_Е P_r,

где К_Е – коэффициент приведения переменного режима к эквивалентному постоянному: К_Е = [S(T_i / T)³(L_i / L)]^1/3 (i = 3); К_Е = (1³∙0,3 + 0,6³∙0,5 + 0,4³∙0,2)^1/3 = 0,75;

P _{Е r} = 0,75∙7270 = 5453 Н.

7. Скорректированный расчетный ресурс [c. 8] при 90%-й надежности:

L _{10 ah} ′ = [10⁶ a ₁ a ₂₃ / (60 n)](C_r / P_Er)^p, 

где а ₁ = 1 – коэффициент надежности при 90%-й гарантии; а ₂₃ – обобщенный коэффициент, учитывающий влияние качества металла и условий эксплуатации: конические подшипники, условия обычные (1-го вида), а ₂₃ = 0,65;

L _{10 ah} ′ = [10⁶∙1∙0,65 / (60∙138,39)](48400 / 5453)^10/3 = 112500 ч,

что в 11,1 раза больше, чем [ L_h ] = 10120 ч.

    8. Попробуем снизить серию подшипников, приняв особолегкую. Для d _П =

= 35 мм имеется только особолегкая щирокая серия: 2007107А.

    Пересчет параметров: d x D x T  =  35 x 62 x 18; C_r = 40200 Н, С _{0 r}  =  30500 Н; е = 0,27; при F_a / VF_r > e X = 0,4,   Y = 2,21; 

F_{S 1} = 0,83 eF_{r 1} = 0,83∙0,27∙3411 = 764 Н; F_{S 2} = 0,83 eF_{r 2} = 0,83∙0,27∙5193 = 1164 Н;

F_{a 1} = 764 Н и F_{a 2} = F_{a 1} + F_A = 764 + 856 = 1620 Н > 1164 Н;

F_{a 1} / (VF_{r 1}) = 764 / (1∙3411) = 0,224 < e = 0,27; F_{a 2} / (VF_{r 2}) = 1620 /(1∙5193) =

= 0,312 > e = 0,27;

68

    P_{r 1} = 1∙3411∙1,4∙1 = 4775 Н; по формуле (4.4) [c. 9] P_{r 2} = (1∙0,4∙5193 + 2,21х

х 1620)1,4∙1 = 7920 Н; P_{r 2} > P_{r 1}; P _{Е r} = 0,75∙7920 = 5940 Н;

      L _{10 ah} ′ = [10⁶∙1∙0,65 / (60∙138,39)](40200 / 5940)^10/3 = 45600 ч, что уже в 4,5 раза больше, чем [ L_h ] = 10120 ч. Ресурс снижен в 2,47 раза.

9. Вывод. Для обеспечения заданного ресурса в 10120 ч в качестве опор данного вала следует принять подшипники 2007107А ГОСТ 27365-87.

Примечания 2.

1. Требование ГОСТа: возможно точнее определять нагрузки, действующие на подшипники. Например, при увеличении P_r вдвое L_h уменьшится для шариковых подшипников в 8, для роликовых – в 10 раз. 

2. Если получится L _{10 ah} ′ < [ L_h ], то следует:

а) увеличить серию (сначала по В (Т) – d и D – const; затем по D); 

б) перейти с шариковых на роликовые подшипники;

в) установить на опору сдвоенный или два одинаковых, или двухрядный подшипник. В случае двух подшипников общая динамическая грузоподъемность С _{R общ} ≈ 1,4 С _R, где С _R – грузоподъемность одного подшипника;

г) установить на опору раздельно радиальные и упорные подшипники.

В методических указаниях [20, c. 14] приведено пять решений задач на различные типы и схемы установки подшипников.

 

ЗАДАНИЯ И ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

 

    В 6-м семестре каждый студент обязан выполнить контрольную работу по проектированию наиболее распространенных сварных и резьбовых соединений.

Контрольная работа состоит из 10 технических заданий (в дальнейшем ТЗ) по 10 вариантов исходных данных.

       Обязательным для выполнения является то ТЗ, номер которого соот-ветствует ПОСЛЕДНЕЙ ЦИФРЕ шифра студента, и тот вариант исходных данных этого ТЗ, который соответствует ПРЕДПОСЛЕДНЕЙ ЦИФРЕ шифра студента.

    Например, студент, имеющий шифр зачетной книжки 15020463, должен выполнить 6-й вариант ТЗ № 3. Если последняя цифра шифра ноль, то выполняется ТЗ №10. Если предпоследняя цифра ноль – вариант 10.

Исходные данные технического задания (ТЗ) приведены в табл. 5.1 и 5.2:

– в табл. 5.1 – номер ТЗ, наименование, схема конструкции и обоз-

начение элементов на схеме;

              – в табл. 5.2 – варианты исходных данных к каждому номеру ТЗ.

    В таблицах обозначено:

F – сила, действующая на конструкцию;    L, a, b, c, h – длина, ширина, высота элементов конструкции; s, t, d – толщина деталей; D, d – диаметры; k – катет сварного шва; a – угол действия силы;   z – число болтов (шпилек, винтов) в соединении.

    Недостающими для расчета и конструирования данными следует задаваться самостоятельно.

	69

Количеством шпилек следует задаться самостоятельно

4

2

1

1

4

2

2

2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

 

70

6

3

2

2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

 

	Принять диаметр стержня болта d 0 ≈ 2δ с округлением его по ГОСТ на болты;

 

	71

D

4

5

5

2

2

3

Продолжение табл. 5.1

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

 

 

 

1