САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра деталей машин и основ
инженерного проектирования
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Методические указания
для студентов всех специальностей
всех форм обучения
Санкт-Петербург 2008
УДК 621.18
Пронин В.А., Цыганков А.В., Шляховецкий Д.В.Основы проектирования рамных конструкций: Методичческие указания для студентов всех специальностей всех форм обучения. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2008. – 42 с.
Рассматриваются вопросы проектирования рамных конструкций, связанные с изучением дисциплин «Детали машин», «Механика», «Основы расчета технологического оборудования предприятий отрасли», «Детали машин и основы конструирования».
Указания содержат разделы : «Назначение рам», «Определение основных геометрических размеров», «Особенности конструктивного исполнения», «Основные расчетные зависимости», «Конструирование элементов ременных передач», «Пример рамной конструкции».
Рецензент
Д.т.н., проф. Пекарев В.И.
Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета
Рамы являются основными несущими частями, на которых монтируют остальные детали, узлы и механизмы машин, приборов и аппаратов.
Рамы должны быть прочными, жесткими, технологичными, удобными для сборки, разборки и технического обслуживания, эстетичными и др.
Для упрощения технологии изготовления и сборки рамных конструкций, рамы выполняют из прокатного сортамента (балки, уголок, тавр).
Жесткость служит основным критерием работоспособности рамы. При определенных заданных конструкцией габаритов рамы вес ее, в большей мере, определяется видом применяемого проката.
Сварную раму, в случае необходимости, легко исправить – дополнительно усилить, увеличить ее жесткость, изменить форму и размеры.
Горизонтальные рамы проектируют с учетом их совместной работы с фундаментом. Рамы подверженные существенным динамическим нагрузкам устанавливают на индивидуальные фундаменты или на общем бетонном полотне толщиной 100–500 мм и притягивают болтами и подливают цементным раствором.
НАЗНАЧЕНИЕ РАМ
При монтаже приводов вентиляторов, компрессоров и т.д., состоящих из электродвигателя, редуктора, вариатора, ременной передачи и пр. должны быть выдержаны определенные требования точности относительного положения узлов. Для этого узлы привода устанавливают на сварных рамах или литых плитах, таким образом обеспечивая правильное положение их в течение всего срока эксплуатации. Конструкции рам должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, виброустойчивости, стабильности формы во времени, и т.д. В настоящее время рамные конструкции чаще всего выполняют сварными из элементов сортового проката: швеллеров, уголков, полос, листов.
Длину рамы L и ширину B определяют в соответствии с размерами агрегатов, устанавливаемых на ней (см. рис. 1). Высоту рамы Н принимают равной примерно 0,1 L (см. рис. 2). Если рама ступенчатая, то высота Н соответствует более низкой ее части.
Рис. 1 Рама с установленными на ней агрегатами
При конструировании рамы не следует оставлять больших свободных площадей. При необходимости раму делают Г- или Т-образной формы. Для точной установки узлов привода по высоте под их основание к раме приваривают пластины листовой стали – платики – свободную поверхность которых механически обрабатывают. Это обусловлено тем, что сами швеллеры и уголки обрабатывать не рекомендуется, так как при сварке может повести отдельные элементы рамы, что приведет к ее перекосу. Для получения разновысоких участков рамы применяют платики, а также дополнительные подставки, свариваемые из швеллеров, угольников и листовой стали. Габариты рамы в плане определяются положением лап узлов устанавливаемых на раме.
Рис. 2. Контур простейшей рамы
Платик должен быть длиннее лапы на 3-5 мм в каждую сторону, но не доходить до края рамы примерно на толщину ее стенки δ мм:
δ = 3 + 7N = 6 (1)
где N = 0, 25 (2L + B + H); L, B и H – соответственно длина, ширина и высота рамы, мм
Формула (1) эмпирическая, справедлива при N< 2.[1]
При изготовлении сварных рам из прокатного сортамента, необходимо ограничивать число типоразмеров – номеров швеллеров и угольников, толщин листов.
Швеллеры и угольники следует по возможности, располагать так, чтобы торец одной детали примыкал к стенке другой. Это облегчает изготовление рам.
Детали рамы сваривают по контуру сопряжения. Никаких дополнительных усилений в виде косынок или накладок, как правило, не требуется. При сварке рамы заметно деформируются. Это вызывает необходимость делать платики с запасом по толщине. Платики всей своей длиной должны опираться на достаточно жесткий элемент. При необходимости под него ставят ребро. Приваривают платики к раме сплошными или прерывистыми швами. Для снятия внутренних напряжений сварные конструкции часто подвергают отжигу.
Платики особенно желательны для рам сложной конструкции с разностью уровней присоединительных поверхностей и большим количеством сварных швов. Платики следует по возможности располагать на одном уровне. Если разность высот их центров слишком велика, а прокладки получаются очень толстыми, выполняют дополнительную врезку. Схема простой плоской рамы показана на рис. 3 (а, б, в).
Рис. 3. Компенсация отклонения размеров платика
Крепление агрегатов на раме может осуществляться с помощью болтов с гайками, а также ввернутых в резьбовые отверстия винтов. Глубина их завинчивания должна быть равна диаметру болта рис. 3(г).
Рис. 3 (г). Болт с подкладной шайбой
Если суммарной толщины платика и полки для этого не хватает, то под полку дополнительно приваривают шайбу рис.3 (д).
Рис. 3 (д). Болт с косой шайбой
Рамы крепят к фундаменту за короткую втулку привариваемая к нижней полке рис. 3 (е,ж) или сквозным болтом через обе полки рис. 3 (з ).
Рис. 3 (е,ж,з). Крепление рамы к фундаменту
В последнем случае полку обязательно проверяют на прочность
σ = 3F /t < 160 (2)
где F – усилие затяжки фундаментного болта, H;
t – площадь в основании , мм2 .
Если прочность полки обеспечена. То последний способ является более предпочтительным
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ
Конфигурация и размеры рамы определяются в зависимости от типа и размеров установленных на раме электродвигателя и исполнительного механизма (например вентилятора, компрессора). Расстояние между ними зависит от подобранной или сконструированной соединительной муфты или передачи с гибкой связью. В качестве примера рассмотрим конструкцию, состоящую из электродвигателя, редуктора и соединительной муфты. Первоначально вычерчивают тонкими линиями в масштабе 1:2 (1:2,5) контуры муфты в разрезе рис. 1. Одну часть муфты соединяют с валом электродвигателя, а другую с валом редуктора. Таким образом определяют размер «а» между торцами валов.
Затем подрисовывают тонкими линиями контуры электродвигателя и редуктора. При этом определяют и наносят на чертеж размеры l1э ; l2э ; l1р ; l2р электродвигателя и редуктора. После этого вычерчивают контуры рамы и наносят на чертеж размер h0 - разность высот опорных поверхностей рамы.
На рис. 2 вычерчен контур простейшей рамы и нанесены размеры для установки электродвигателя и редуктора. Под главным видом рамы размещают вид сверху. В этом виде сначала проводят осевые линии вала электродвигателя и соосно расположенного с ним входного вала редуктора . Затем изображают отверстия в лапах электродвигателя dэ и в редукторе dр , координаты их расположения С1э , С2э , С2р , С3р , Ср , Cэ . После этого определяют размеры опорных поверхностей b1э , bэ , C0 , l2э электродвигателя и b1р , bр , C0 , l2р редуктора, которые наносят тонкими линиями сверху. Перечисленные размеры определяют по каталогу элетродвигателей и из чертежа редуктора. Для создания базовых поверхностей под электродвигатель и редуктор на раме размещают платики в виде узких полос 3 и 4 рис 3 (а) или в виде отдельных прямоугольников 5 и 6 рис.3 (б) .
Ширину и длину платиков на раме рис.3 (а, б) принимают больше, чем ширина и длина опорных поверхностей электродвигателя и редуктора, на величину 2С:
С = 0,05bэ (bр ) +1мм (3)
где bэ (bр ) ширина опорных поверхностей электродвигателя (редуктора) в мм.
В заключении определяют основные размеры рамы в плане: B и L.
Для определения этих размеров принимают размер : b0 = bэ = bр =8…10 мм. Размеры B и L округляют до стандартных значений.
Затем определяют высоту рамы: H=(0,08…0,10)L, по которой подбирают ближайший больший типоразмер швеллера.