Файл: Курсовой проект По дисциплине Механика.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»СУДОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМСодержаниеВведение…………………………………………………………………....………..4Раздел 1 Основная часть1.1 Характеристика привода, кинематическая схема……..…………….....……..51.2 Назначение привода рулевого устройства………………………..…………...6Раздел 2 Расчетная часть2.1 Выбор двигателя. Кинематический расчет привода……………………….....7 2.2 Выбор материалов закрытой передачи……..…………………………….......112.3 Расчет закрытой конической зубчатой передачи………….…….…..............132.4 Расчет открытой цилиндрической зубчатой передачи………….…..............182.5 Проектный расчет валов редуктора. Эскизная компоновка…….………......222.6 Выбор подшипников……………………………………...……………............252.7 Выбор муфты…………………………………………………………...............312.8 Выбор смазочного материала…………………………………….…...............32Заключение……………………...…………………………………………..….......33Перечень используемой литературы………………………………………….......34ВведениеЦель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки. В процессе проектирования привода рулевого устройства, мы должны рассмотреть его назначение и устройство, выполнить выбор двигателя, и расчитать кинематический расчет привода, выбор материала закрытой передачи, расчитать открытую и закрытую передачу, выполнить проектный

---

расчет валов и эскизную компоновку редуктора, выбор подшипников и определение реакций в опорах, а также выбор муфты и смазочный материал.

Конические зубчатые колеса применяют в передачах между валами, оси которых расположены под углом. Основное применение имеют передачи с пересекающимися под углом 90° осями, т. е. ортогональные передачи, которые рассматриваются ниже. Передачи с межосевым углом, не равным 90°, применяют редко из-за сложности форм и технологии изготовления корпусных деталей, несущих эти передачи, хотя для изготовления самих колес межосевой угол передачи не имеет значения. Пересечение осей валов затрудняет размещение опор. Одно из конических колес, как правило, располагают консольно. При этом увеличивается неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. В коническом зацеплении действуют осевые силы, наличие которых усложняет конструкцию опор. Все это приводит к тому, что по опытным данным нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет лишь около 0,85 цилиндрической. Несмотря на отмеченные недостатки, а также то, что конические колеса сложнее, чем цилиндрические в изготовлении и монтаже, конические передачи имеют, широкое применение, поскольку по условиям компоновки механизмов довольно часто необходимо располагать валы под углом. Конические колеса выполняют с прямыми, тангенциальными, круговыми и другими криволинейными зубьями.

Раздел 1 Основная часть

1.1 Характеристика привода. кинематическая схема
Тема курсового проекта – «Привод рулевого устройства».

Задание курсового проекта - спроектировать одноступенчатый, горизонтальный, конический редуктор по следующим данным:

Усилие привода, F = 1,5 Кн

Диаметр барабана, d= 450 мм= 0,45 м

Скорость рабочей машины, V= 1,8 м/с

---

В состав привода входят следующие передачи:1 - закрытая зубчатая коническая передача;2 - открытая зубчатая цилиндрическая передача.Н

а схеме показаны: редуктор конический прямозубый, упругая втулочно-пальцевая муфта, электродвигатель, открытая прямозубая цилиндрическая передача.

1.2 Назначение привода, его устройство
Рулевое устройство является основным средством управления судном, обеспечивающим его поворотливость и удерживающем его на заданном курсе. Основными его частями являются:

• 
  пост управления (штурвал или рулевой электрический манипулятор);
  
• 
  рулевая передача от поста управления к рулевому двигателю;
  
• 
  рулевой двигатель;
  
• 
  рулевой привод от рулевого двигателя к баллеру руля;
  
• 
  руль или поворотная насадка, непосредственно обеспечивающие управляемость судна.
  

Рулевые приводы. Для передачи рулю усилий, развиваемых рулевыми двигателями, применяются рулевые приводы. В качестве рулевых двигателей на судах имеются электриче­ские и электрогидравлические машины.

Рулевые приводы обеспечивают передачу усилий рулевого дви­гателя к баллеру.

Секторно-румпельный привод применяется па некото­рых современных судах небольшого тоннажа. В таком приводе румпель жестко скреплен с баллером руля. Сектор, свободно наса­женный на баллер, связан с румпелем при помощи пружинного амортизатора, а с рулевым двигателем — зубчатой передачей. Пе­рекладка руля осуществляется рулевым двигателем через сектор и румпель, а динамические нагрузки от ударов волн гасятся аморти­заторами.

На современных судах рулевые машины совмещаются с руле­выми приводами, что позволяет добиться высокого коэффициента полезного действия всего устройства.

Наибольшее распростране­ние из таких комбинированных устройств получили электрогидрав­лические машины.






Раздел 2 Рассчетная часть

2.1 Выбор двигателя. кинематический расчет привода

1. 
   Определение мощности и частоты вращения двигателя:
   

Определить требуемую мощность рабочей машины Р_рм, кВт.

Р_рм = F·V = 1,5·1,1= 1,65 кВт

Определить общий коэффициент полезного действия привода:

η=η_оп ·η_зп ·η_м ·η_пк²·η_пс = η = 0,93·0,95·0,98·0,99²·0,98 = 0,83

где η_м = 0,98 – КПД муфты

η_зп = 0,95 – КПД закрытой червячной передачи,

η_оп = 0,93 – КПД открытой ременной передачи,

η_пк = 0,99 – КПД пары подшипников качения,

η_пс = 0,98 – КПД пары подшипников скольжения

Определить требуемую мощность двигателя Р_дв, кВт:

Р_дв= Р_рм/η = 1,65/0,83 = 1,99 кВт

2.1.2 Выбор типа электродвигателя

Выбираем из предложенных [1, табл.К9]

Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях.





Таблица 2.1 - Выбор двигателя

Вариант	1	2		3	4
Номинальная мощность Рном, кВт	2,2	2,2		2,2	2,2
Синхронная частота вращения, об/мин	3000		1500	1000		750
Тип двигателя	4АМ80B2У3		4AМ90L4У3	4AМ100L6У3		4AМ112MA8У3
Номинальная частота nном, об/мин	2840		1435	955		700

2.1.3 Определить передаточное число привода и его ступеней

Определить частоту вращения приводного вала рабочей машины n_рм, об/мин

n_рм= 60·1000·v/πD = 60·1000·1,1/3,14·450 = 46,7 об/мин

Определить передаточное число привода для всех приемлемых вариантов типа двигателя при заданной номинальной мощности Р_ном, кВт:

u₁=n_ном1 / n_рм =2850/46,7=61

u₂= n_ном2 / n_рм =1425/46,7=30,5

u₃= n_ном3 / n_рм =950/46,7=20,3

u₄= n_ном4 / n_рм =700/46,7=15

Принимаем u_оп=4









Определить передаточное число закрытой передачи

u_зп1= u₁ / u_оп=61/4=15,25

u_зп2= u₂ / u_оп=30,5/4=7,6

u_зп3= u₃ / u_оп=20,3/4=5

u_зп4= u₄ / u_оп=15/4=3,75

Принимаем u_зп= 5

Выбираем двигатель 4АМ80B2У3 с частотой вращения 3000 об/мин.

2.1.4 Определить максимальное допускаемое отклонение частоты вращения привода вала рабочей машины Δ n_рм, об/мин

Δn_рм=n_рм·δ/100=46,7·6/100=2,8

2.1.5 Определить допускаемую частоту вращения приводного вала рабочей машины с учётом отклонения [n_рм], об/мин

[n_рм]₁= n_рм + Δn_рм =46,7+2,8=49,5

2.1.6 Определить фактическое передаточное число привода u_ф

u_ф= n_ном /[n_рм] = 950/49,5 = 19,1

2.1.7 Уточнить передаточные числа закрытой и открытой передач в соответствии с выбранным вариантом разбивки передаточного числа привода

U_зп= u_ф /u_оп =19,1/4=4,7

Таблица 2.2 – Сводные данные

nном	2850	1425	950	700
u	61	30,5	20,3	15
uоп	4	4	4	4
uзп	15,2	7,6	5	3,7

8. 
   Определение силовых и кинематических параметров привода
   

дв→м→зп→оп→рм

Определяем мощность:

P_дв=1,99 кВт–на валу двигателя

Р₁= P_двη_мη_пк =1,99·0,98·0,99 =1,93кВт – на быстроходном валу

Р₂= P₁η_зпη_пк =1,93·0,95·0,99 =1,81кВт – на тихоходном валу

Р_рм= P₂η_опη_пс =1,81∙0,93·0,98 =1,65 кВт – на валу рабочей машины

Определяем частоту вращения:

n_ном=950 об/мин – на валу двигателя

n₁= n_ном =950 об/мин – на быстроходном валу

n₂= n₁/u_зп =950/5=190 об/мин – на тихоходном валу

n_рм= n₂/u_оп =190/4=47,5 об/мин – на валу рабочей машины

Определяем угловую скорость:

ω_ном= π·n_ном /30 =3,14·950/30 = 99,4 рад/с – на валу двигателя

ω₁­= ω_ном =99,4 рад/с – на быстроходном валу

ω₂= ω₁/u_зп =99,4/5 = 19,88 рад/с – на тихоходном валу

ω_рм= ω₂/ u_оп =19,99/4 = 4,97 рад/с – на валу рабочей машины

Определяем вращающий момент:

Т_дв= P_дв /ω_ном =1990/99,4 = 20,02 Н·м – на валу двигателя

Т₁= Т_двη_м·η_пк =20,02·0,98·0,99 = 19,4 Н·м– на быстроходном валу

Т₂= Т₁·u_зп·η_зп·η_пк =19,4·5·0,95·0,99 = 91,2 Н·м – на тихоходном валу

Т_рм= Т₂·u_оп·η_оп·η_пс = 91,2·4·0,93·0,98 = 332,5 Н·м – на валу рабочей машины

---

Выбор материалов зубчатых передач

1. 
   Механические характеристики материалов зубчатой передачи
   

Определяем материал шестерни и колеса [1, табл. 3.1]:Материал шестерни и колеса – сталь 40Х.Определяем твердость:HB₁=350 – твердость шестерни,HB₂=300 – твердость колеса. Термообработка – улучшение.Выбираем предельно допустимые значения заготовок [1, табл. 3.2]:D_пред = 125 мм. - предельно допустимый диаметр заготовки.S_пред = 80 мм. - предельно допустимая толщина заготовки обода или диска колеса.Определение допускаемых контактных [σ]_H, Н/мм², и из гибких [σ]_F, Н/мм² напряженийДопускаемые напряжение при числе циклов перемены напряжений, Н/мм²:[σ]но₁ = 1,8· HB₁ +67=1,8350+67=697 н/мм²- для шестерни[σ]но₂ = 1,8· HB₁ +67=1,8350+67=697 н/мм²- для колеса[σ]_FO1 = 1,03· HB₁ = 1,03·350= 360,5 Н/мм² – для шестерни[σ]_FO2 = 1,03· HB₂ = 1,03·300= 309 Н/мм² – для колеса







Допускаемые контактные напряжения:[σ]н₁=K_HL·σнo₁=1·697 = 697 H/мм².- для шестерни[σ]н₂=K_HL·σнo₂=1·607 = 607 H/мм².- для колесаОпределим среднее допускаемое контактное напряжение:[σ]н = 0,45([σ]н₁+[σ]н₂) = 0,45(697+607) = 586,8 Н/мм²Допускаемые напряжения изгиба при реверсивной передаче:[σ]_F1=K_FL1·[σ]_FO1 =1360,5 = 360,5 H/мм².- для шестерни[σ]_F2=K_FL2·[σ]_FO2 =1309 = 309 H/мм².- для колеса,

---

где K_FL1=1 - коэффициент долговечности.Таблица 2.3 – Механические характеристики материалов зубчатой передачи.

Элемент передачи	Марка стали	Термо-обработка	HB		[σ]Н	[σ]F
					Н/мм2
шестерня	40Х	У	350		697	360,5
Колесо	40Х	У	300		607	309

2. 
   Расчёт закрытой конической зубчатой передачи
   

2.3.1 Проектный расчетОпределим главный параметр – внешний делительный диаметр колеса d_e2, мм:d_e2 = 165 ·

---