53493

Расчет козлового крана по заданным параметрам

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Повышение качества создаваемого механического оборудования и конструкций необходимо связывать, прежде всего, с уменьшением их веса и стоимости, повышением надежности и улучшением ряда других характеристик

Русский

2014-08-21

799 KB

16 чел.

Задание на проектирование

1. Спроектировать расчетную схему козлового крана по заданным параметрам.

2. Нагрузить конструкцию, подобрать поперечные сечения несущих элементов крана и произвести расчет  на несущую способность с получением оптимального коэффициента запаса прочности.

a=  2       м;

b=   1,2   м;

c=  30     м;

d=   42     м;

e=   35    м;

h=   1,2    м;

Грузоподъемность -     10  т.

Коэффициент запаса прочности >2.

 

Содержание проекта

1. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure3D.

4

2. Основные сведения о методе конечных элементов.

5

3. Создание объемной расчетной схемы.

6

4. Расчетные параметры модели

6

5. Список поперечных сечений

10

6. Суммарные реакции

12

7. Напряжение в стержне (макс.)

12

8. Реакции в опоре

12

9. Выводы

13

10. Литература

14

Приложение 1 – Карты результатов расчета

15-16


1. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure3D.

Повышение качества создаваемого механического оборудования и конструкций необходимо связывать, прежде всего, с уменьшением их веса и стоимости, повышением надежности и улучшением ряда других характеристик. В настоящее время актуальна проблема сочетания в процессе проектирования двух взаимоисключающих тенденций: экономии материала, с одной стороны, и обеспечение требуемых прочностных характеристик конструкции, с другой стороны.

Все это можно обеспечить за счет использования современных компьютерных технологий. Сегодня невозможно создать качественное, надежное и конкурентоспособное оборудование без всестороннего инженерного анализа проектируемых объектов с помощью современных программных средств и принятия на его основе грамотных конструктивных решений. Под инженерным анализом понимается, прежде всего, исследование напряженно-деформированного состояния моделей проектируемых конструкций, получение их динамических характеристик и характеристик устойчивости при постоянных и переменных режимах внешнего напряжения.

Наиболее эффективным приближенным методом решения такого класса задач является метод конечных элементов (МКЭ). Для полноценного конечно-элементного анализа необходимо:

1. изобразить модель проектируемого объекта в трехмерном пространстве;

Трёхме́рное простра́нство — геометрическая модель материального мира, в котором мы находимся. Это пространство называется трёхмерным, так оно имеет три измерения — высоту, ширину и длину, то есть трёхмерное пространство описывается тремя единичными ортогональными векторами.

В аналитической геометрии каждая точка трёхмерного пространства описывается как набор из трёх величин — координат. Задаются три взаимно перпендикулярных координатных оси, пересекающихся в начале координат. Положение точки задаётся относительно этих трёх осей заданием упорядоченной тройки чисел. Каждое из этих чисел задаёт расстояние от начала отсчёта до точки, измеренное вдоль соответствующей оси, что равно расстоянию от точки до плоскости, образованной другими двумя осями.

2. провести разбиение модели на конечные элементы;

3. выполнить весь комплекс необходимых вычислений;

4. визуализировать полученные результаты и  корректно интерпретировать их с целью принятия правильных конструкторских решений.

МКЭ реализован в таких известных и широко распространенных программных продуктах, обеспечивающих прочностной расчет моделей конструкций, как ANSYS, NASTRAN, COSMOS и некоторых других. Мы будем решать поставленные задачи с помощью модуля конечно-элементного анализа APM WinMachine (АПМ – Автоматизированное проектирование машин.)

2. Основные сведения о методе конечных элементов.

При разработке любой конструкции перед проектировщиком стоит задача нахождения распределения напряжений в её элементах. Кроме того, требуется также знать величины перемещений отдельных точек проектируемой конструкции как при статическом характере внешнего нагружения, так и в условиях действия переменных нагрузок.

При традиционном подходе для решения такой задачи в общем случае необходимо записать уравнения, которые в той или иной форме обеспечивают выполнение условий равновесия и совместности деформаций. Возникающая в связи с этим проблема заключается в том, что в случае двумерной или трехмерной конструкции поведение системы описывается уравнениями в частных производных, для которых весьма редко существуют точные решения.

Одним из способов устранения данной трудности является использование конечно-разностных методов, основанных на замене по определенным правилам дифференциальных уравнений алгебраическими, имеющими более простой вид.

Ключевая идея МКЭ заключается в следующем: сплошная среда (конструкция в целом) заменяется дискретной путем разбиения ее на области (конечные элементы), в каждой из которых поведение среды описывается с помощью отдельного набора функций, представляющих собой напряжения и перемещения в указанной области. Конечные элементы соединяются узлами. Взаимодействие конечных элементов друг с другом осуществляется только через узлы. Расположенные определенным образом, в зависимости от конструкции объекта, и закрепленные в соответствии с граничными условиями, конечные элементы позволяют адекватно описать все многообразие конструкций и деталей.

К конечному элементу могут быть приложены внешние нагрузки (сосредоточенные и распределенные силы и моменты), которые приводятся к узлам данного элемента и носят название узловых нагрузок.

При расчетах методом конечных элементов вначале определяются перемещения  узлов данного конечного элемента (или конструкции в целом, если она состоит только из стержневых элементов). Величины внутренних усилий в элементе пропорциональны перемещениям в узлах элемента. Коэффициентом пропорциональности выступает матрица жесткости элемента, количество строк (и столбцов) которой равно произведению числа узлов элемента на число степеней свободы в узле. Все остальные параметры конечного элемента, такие как внутренние нагрузки в узлах и напряжения в самом конечном элементе, вычисляются на основе его узловых перемещений.

Основными типами применяемых на практике конечных элементов являются:

  •  стержневые;
  •  пластинчатые;
  •  объемные.

3. Создание объемной расчетной схемы.

Расчетная схема козлового крана, созданная в трехмерном пространстве системы автоматизированного проектирования APM Structure3D:

4. Расчетные параметры модели

0)  Загружение 0, Множитель собст. веса 1

Таблица: Материалы

Название

Модуль Юнга [Н/мм^2]

Коэф. Пуассона

Плотность [кг/кб.мм]

Коэф. температурного расширения [°C]

Коэф. теплопроводности [Вт/(°C*мм)]

Сталь

200000

0.30

7.8e-006

1.2e-005

0.001

Бетон

19000

0.20

2.503e-006

1e-005

0.001

Таблица: Расход

Название

Количество

Длина [мм]

Погонная масса [кг/мм]

Масса изделия[кг]

Общая масса[кг]

Площадь окраски[мм^2]

Сталь

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

174

1200.00

0.00

2.88

501.62

33454191.850

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

159

1000.00

0.02

22.56

3586.84

50950349.656

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

2

1200.00

0.02

27.07

54.14

769061.882

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

157

1562.05

0.00

3.75

589.17

39292948.079

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

4

1562.05

0.02

35.24

140.95

2002188.437

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

40

1343.71

0.02

30.31

1212.49

17223264.205

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

24

1686.88

0.00

4.05

97.26

6486565.756

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

20

2000.00

0.00

4.80

96.10

6408849.013

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

20

2409.47

0.00

5.79

115.77

7720971.282

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

16

300.00

0.00

0.72

11.53

769061.882

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

600.00

0.00

1.44

11.53

769061.882

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

160

1744.81

0.02

39.36

6297.69

89457574.593

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

160

1792.50

0.02

40.44

6469.83

91902805.467

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1930.00

0.00

4.64

37.09

2473815.719

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1860.00

0.00

4.47

35.75

2384091.833

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1790.00

0.00

4.30

34.40

2294367.947

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1720.00

0.00

4.13

33.06

2204644.061

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1650.00

0.00

3.96

31.71

2114920.174

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1580.00

0.00

3.80

30.37

2025196.288

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1510.00

0.00

3.63

29.02

1935472.402

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1440.00

0.00

3.46

27.68

1845748.516

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1370.00

0.00

3.29

26.33

1756024.630

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1300.00

0.00

3.12

24.98

1666300.743

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1230.00

0.00

2.95

23.64

1576576.857

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1160.00

0.00

2.79

22.29

1486852.971

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1090.00

0.00

2.62

20.95

1397129.085

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1020.00

0.00

2.45

19.60

1307405.199

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

950.00

0.00

2.28

18.26

1217681.313

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

880.00

0.00

2.11

16.91

1127957.426

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

810.00

0.00

1.95

15.57

1038233.540

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

740.00

0.00

1.78

14.22

948509.654

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

670.00

0.00

1.61

12.88

858785.768

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1672.21

0.00

4.02

32.14

2143382.892

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1663.87

0.00

4.00

31.98

2132692.099

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1657.91

0.00

3.98

31.86

2125052.955

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1654.35

0.00

3.97

31.80

2120498.443

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1653.22

0.00

3.97

31.77

2119048.450

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1654.52

0.00

3.97

31.80

2120709.346

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1658.23

0.00

3.98

31.87

2125473.838

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1664.36

0.00

4.00

31.99

2133321.131

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1672.86

0.00

4.02

32.15

2144217.379

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1683.70

0.00

4.04

32.36

2158116.400

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1696.84

0.00

4.08

32.61

2174960.627

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1712.23

0.00

4.11

32.91

2194682.249

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1729.80

0.00

4.16

33.25

2217204.484

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1749.49

0.00

4.20

33.62

2242442.950

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1771.23

0.00

4.26

34.04

2270307.060

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1794.94

0.00

4.31

34.50

2300701.420

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1820.55

0.00

4.37

34.99

2333527.159

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1847.98

0.00

4.44

35.52

2368683.198

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1877.14

0.00

4.51

36.08

2406067.391

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1907.97

0.00

4.58

36.67

2445577.558

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1626.35

0.00

3.91

31.26

2084606.148

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1566.05

0.00

3.76

30.10

2007310.442

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1505.99

0.00

3.62

28.94

1930335.913

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1446.22

0.00

3.47

27.80

1853722.572

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1386.77

0.00

3.33

26.65

1777517.121

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1327.68

0.00

3.19

25.52

1701774.358

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1268.99

0.00

3.05

24.39

1626558.921

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1210.78

0.00

2.91

23.27

1551947.483

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1153.12

0.00

2.77

22.16

1478031.517

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1096.08

0.00

2.63

21.07

1404920.797

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

1039.77

0.00

2.50

19.98

1332747.851

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

984.32

0.00

2.36

18.92

1261673.623

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

929.88

0.00

2.23

17.87

1191894.683

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

876.64

0.00

2.11

16.85

1123652.369

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

824.83

0.00

1.98

15.85

1057244.279

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

774.74

0.00

1.86

14.89

993038.465

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

726.72

0.00

1.75

13.97

931490.433

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

681.22

0.00

1.64

13.09

873162.396

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

8

638.76

0.00

1.53

12.28

818742.829

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

4

600.00

0.02

13.54

54.14

769061.882

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

2

500.00

0.02

11.28

22.56

320442.451

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

2

781.02

0.00

1.88

3.75

250273.555

Всего для сечения

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

885

1236344.79

0.00

2970.20

2970.20

198088676.655

Труба 102х10 ГОСТ 8732-78

531

790765.23

0.02

17838.65

17838.65

253394748.572

Всего для материала

20808.85

451483425.227

Список поперечных сечений

Поперечное сечение 0

Информация о модели

   Масса модели  32785.714546, [кг]

   Центр тяжести модели  ( -20892.792778 , 1084.000000 , -2720.195730 ) [мм]

   Моменты инерции модели ( 18433554788098.582000 , 445475228700.635500 , 940080217893.033080 ) [кг*мм*мм]


5. Список поперечных сечений

Параметры сечения

Площадь   2892.14     кв.мм

Центр масс: X=     79.009 Y=     -2.991мм

Момент инерции

относит. оси X   3096068.29мм4

относит. оси Y   3096068.29мм4

полярный  6192136.57мм4

Угол наклона главных центральных осей   0.00градус

Поперечное сечение 1

Труба 51x2 ГОСТ 10704-91

Параметры сечения

Площадь   308.00     кв.мм

Центр масс: X=     90.004 Y=      8.004мм

Момент инерции

относит. оси X   92592.64мм4

относит. оси Y   92592.64мм4

полярный  185185.27мм4

Угол наклона главных центральных осей   0.00градус

Общая масса конструкции 20808.85 кг

6. Суммарные реакции (Загружение 0)

   Центр тяжести модели  ( 18500.000000 , 573.000000 , -11731.833316 ) [мм]

   Суммарная реакция опор ( 0.000000 , -0.000000 , 244134.815608 ) [Н]

   Момент относительно центра масс ( 0.000013 , 0.000048 , 0.000003 ) [Н*мм]

   Абсолютные значения:   Реакции 244134.815608 [Н]  ;   Момента 0.000050 [Н*мм]

Максимальное перемещение 47.07 мм (Rod 199) (Загружение 0)

Максимальное напряжение 126.9 Н/мм^2 (Rod 306) (Загружение 0)

7. Напряжение в стержне (макс.) [Н/мм^2] (Загружение 0)

Максимальное напряжение 126.9 Н/мм^2 (Загружение 0)

8. Реакции в опоре (Загружение 0)

N

Узел

Сила [Н]

Момент [Н*мм]

x

y

z

x

y

z

1

154

-50.6773

-44.8461

6372.8767

183905.9721

155141.8112

53255.3022

2

155

-236.2502

1317.0102

12949.8745

183464.5257

79217.1896

55455.9554

3

156

543.1954

2204.7538

24508.7235

103527.8304

151864.7821

48590.8632

4

157

361.9390

1847.6077

17198.0359

104504.1436

76005.4737

50312.2520

5

246

-40.5905

86.6339

6079.7453

-187529.1462

165331.3970

-57778.0072

6

248

-240.5432

-1340.2142

13174.5210

-187129.4073

83005.3066

-60239.6092

7

249

552.3675

-2240.4237

24755.2910

-100474.6236

162055.4253

-53105.1046

8

250

358.7598

-1830.3705

17028.6786

-101422.8208

79790.1199

-55087.1944

9

362

50.7567

-46.6707

6370.5468

184285.1523

-155030.4972

-52798.3102

10

364

236.3123

1318.6652

12966.6239

183843.9859

-79702.2198

-54961.1220

11

365

-542.0673

2195.4031

24458.0174

104552.9267

-151753.0211

-48109.5258

12

366

-363.0271

1851.5271

17238.4559

105529.5563

-76485.0249

-49792.5639

13

455

40.2777

90.0373

6061.3242

-187926.8845

-165334.1110

57503.4057

14

457

240.7284

-1342.0942

13193.2511

-187528.9342

-83365.1394

59940.7925

15

458

-551.5197

-2233.1541

24714.8786

-101271.9670

-162058.3681

52810.0656

16

459

-359.6617

-1833.8649

17063.9711

-102221.8589

-80145.1171

54767.8386

Невязки по силам и моментам

Сила [Н]

Момент [Н*мм]

x

y

z

x

y

z

0.0000

-0.0000

0.0000

0.0000

-0.0005

-0.0000

9. Выводы

1. Спроектировали расчетную схему козлового крана по заданным параметрам.

2. Нагрузили конструкцию соответственно заданию: модель козлового крана воспринимает нагрузки от собственного веса и приложенного груза массой _4_т.

3. Выполнили статический расчет конструкции на несущую способность с получением карт результатов, при коэффициенте запаса прочности не менее 2-х (показано в Приложении 1).

Кзаптекmax=235/71,21=3,3

4. При заданной нагрузке подобрали поперечные сечения несущих элементов крана: L180x15 ГОСТ 8509-93; L80x10 ГОСТ 8509-93; Труба 102х10 ГОСТ 8732-78; Кв. труба 120х9 ГОСТ 8639-82; Кв. труба 100х6 ГОСТ 8639-82.


Литература

1. Замрий А.А. Проектирование и расчёт методом конечных элементов трёхмерных конструкций в среде APM Structure3D. – М.: АПМ, 2006. – 288 с.

2. Замрий А.А. Практический учебный курс. CAD/CAE система APM WinMachine. Учебно-методическое пособие – М.: АПМ. 2007. – 136 с.

3. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно-транспортных машин. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. Шк., 1983. – 350 с.

4. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчёта кранов, их приводов и  металлических конструкций/ В. И. Брауде, М. М. Гохберг, И. Е. Звягин и др. — Л. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. — 536 с, с. 52-59.

5.  Вайнсон А. А. Подъемно-транспортные машины строительной промышленности. Атлас конструкций. - М. Машиностроение, 1976 г.

6.  Вайнсон А. А. Подъемно-транспортные машины. - М. Машиностроение, 1989 г.

PAGE 14


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39839. Геометрические построения при выполнении чертежей. Сопряжения 1004 KB
  В расширенной панели команд Точка выберите команду Точки по кривой – стиль точки выберите самостоятельно. По запросу команды Укажите кривую по которой нужно проставить точки выберите построенный отрезок. Выберите команду Точки по кривой. Выберите команду Отрезок стиль линии Осевая и проведите ось симметрии на главном виде.
39840. Сечения и разрезы 1.47 MB
  По расположению на чертеже сечения разделяются на вынесенные и наложенные. Разрез отличается от сечения тем что на нем показывают не только то что находится в секущей плоскости но и то что находится за ней. Фигуру сечения на чертеже выделяют штриховкой.
39841. Закрепление навыков создания чертежа и трехмерной модели на примере плоской детали Шаблон 2.6 MB
  Вспомогательная прямая выберите команду Параллельная прямая; в строке параметров объекта включите режим Одна прямая − и простановку точек пересечения; по запросу в строке сообщений выберите вспомогательную горизонтальную прямую; сместите курсор немного ВЫШЕ этой прямой; введите в строке параметров поле Расстояние расстояние между прямыми равным высоте пластины – число 50; нажмите клавишу Еnter; создайте объект еще раз нажмите Еnter или нажмите кнопку...
39842. Сборочные чертежи. Болтовые и шпилечные соединения 580.5 KB
  Болтовые и шпилечные соединения 6 Работа № 22 Сборочные чертежи. Болтовые и шпилечные соединения Цель работы: изучение и выполнение типовых соединений деталей: болтовое и шпилечное. На сборочных чертежах резьбовые соединения вычерчивают по относительным размерам. В первой части работы вы выполните чертеж болтового соединения по относительным размерам.
39843. Приемы работы с инструментом Окружность 916.5 KB
  – поле выбора стиля линии окружности Примечание. Две оси симметрии окружности в системе КОМПАС–3D LT формируются как один элемент который называется макроэлементом. Построение окружности по центру и точке на ней Постройте на листе фрагмента окружность радиусом 15 мм. Центр окружности должен находиться в начале координат фрагмента.
39844. Форма и формообразование. Параллелепипед 1.19 MB
  Толщина стенок коробки – 4 мм. Нужная нам заготовка коробки построена рис. Так как коробка должна закрываться крышкой то снимем на глубину 30 мм от верхней грани коробки слой материала толщиной 2 мм. Выделите верхнюю грань коробки.
39845. Форма и формообразование. Призма. Операция сечение плоскостью 7.65 MB
  Операциясечение плоскостью Цель работы: Построение моделей: призмы и пирамиды. Модель правильной трехгранной призмы Задание 1. Создание модели твердотельной трехгранной призмы Создайте правильную треугольную призму. Основание призмы вписано в окружность радиусом 40 мм.
39846. Форма и формообразование. Тела вращения. Операция Выдавливание 2.9 MB
  Тела вращения. Тела вращения. Тела вращения. Операция Выдавливание Цель работы: Построение моделей с помощью операции вращения: цилиндрический стакан конус шар.
39847. Организуем компьютерное рабочее место 1.23 MB
  Настройка параметров новых документов. Настройка параметров системы КОМПАС3D LT означает выбор параметров оформления чертежа в соответствии с Единой системой конструкторской документации ЕСКД которые наилучшим образом соответствуют выбранному вами формату чертежа. Ранее вы уже познакомились с некоторыми принципами настройки параметров системы см.