Расчет и проектирование привода
Инженер-конструктор является творцом новой техники, и уровнем его творческой работы в большей степени определяются темпы научно-технического прогресса. Деятельность конструктора принадлежит к числу наиболее сложных проявлений человеческого разума. Решающая роль успеха при создании новой техники определяется тем, что заложено на чертеже конструктора. С развитием науки и техники проблемные вопросы… Читать ещё >
Расчет и проектирование привода (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
ЗАДАНИЕ
Спроектировать привод.
В состав привода входят следующие передачи:
1 — ременная передача с клиновым ремнём;
2 — закрытая зубчатая цилиндрическая передача.
Мощность на выходном валу Р = 8 кВт.
Частота вращения выходного вала n = 80 об./мин.
- Введение
- 1. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт
- 2. Расчёт 1-й клиноременной передачи
- 3. Расчёт 2-й зубчатой цилиндрической передачи
- 3.1 Проектный расчёт
- 3.2 Проверочный расчёт по контактным напряжениям
- 3.3 Проверка зубьев передачи на изгиб
- 4. Предварительный расчёт валов
- 4.1 Ведущий вал.
- 4.2 Выходной вал.
- 5. Конструктивные размеры шестерен и колёс
- 5.1 Ведущий шкив 1-й ременной передачи
- 5.2 Ведомый шкив 1-й ременной передачи
- 5.3 Цилиндрическая шестерня 2-й передачи
- 5.4 Цилиндрическое колесо 2-й передачи
- 6. Выбор муфты на выходном валу привода
- 7. Проверка прочности шпоночных соединений
- 7.1 Ведущий шкив 1-й клиноременной передачи
- 7.2 Ведомый шкив 1-й клиноременной передачи
- 7.3 Шестерня 2-й зубчатой цилиндрической передачи
- 7.4 Колесо 2-й зубчатой цилиндрической передачи
- 8. Конструктивные размеры корпуса редуктора
- 9. Расчёт реакций в опорах
- 9.1 1-й вал
- 9.2 2-й вал
- 10. Построение эпюр моментов валов
- 10.1 Расчёт моментов 1-го вала
- 10.2 Эпюры моментов 1-го вала
- 10.3 Расчёт моментов 2-го вала
- 10.4 Эпюры моментов 2-го вала
- 11. Проверка долговечности подшипников
- 11.1 1-й вал
- 11 2-й вал
- 12. Уточненный расчёт валов
- 12.1 Расчёт 1-го вала
- 12.2 Расчёт 2-го вала
- 13. Тепловой расчёт редуктора
- 14. Выбор сорта масла
- 15. Выбор посадок
- 16. Технология сборки редуктора
- Заключение
- Список использованной литературы
Инженер-конструктор является творцом новой техники, и уровнем его творческой работы в большей степени определяются темпы научно-технического прогресса. Деятельность конструктора принадлежит к числу наиболее сложных проявлений человеческого разума. Решающая роль успеха при создании новой техники определяется тем, что заложено на чертеже конструктора. С развитием науки и техники проблемные вопросы решаются с учетом все возрастающего числа факторов, базирующихся на данных различных наук. При выполнении проекта используются математические модели, базирующиеся на теоретических и экспериментальных исследованиях, относящихся к объемной и контактной прочности, материаловедению, теплотехнике, гидравлике, теории упругости, строительной механике. Широко используются сведения из курсов сопротивления материалов, теоретической механики, машиностроительного черчения и т. д. Все это способствует развитию самостоятельности и творческого подхода к поставленным проблемам.
При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требуемая долговечность, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.
Из всех видов передач зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потерь одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большой надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. Эти свойства обеспечили большое распространение зубчатых передач; они применяются для мощностей, начиная от ничтожно малых (в приборах) до измеряемых десятками тысяч киловатт.
К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.
Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения — свыше 30% объема применения всех цилиндрических колес в машинах; и этот процент непрерывно возрастает. Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания.
Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предшествующий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.
Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, однои многопоточные и т. д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технологические требования, предпочитаемое количество изделий.
При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения — 85%, в дорожных машинах — 75%, в автомобилях — 10% и т. д.
Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.
Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.
1 Выбор электродвигателя и кинематический расчёт
По табл. 1.1[1] примем следующие значения КПД:
— для ременной передачи с клиновым ремнем: ?1 = 0,96
— для закрытой зубчатой цилиндрической передачи: ?2 = 0,975
Общий КПД привода будет:
? = ?1 x … x? n x? подш.2 x? муфты
= 0,96×0,975×0,992×0,98 = 0,899
где ?подш. = 0,99 — КПД одного подшипника.
???муфты = 0,98 — КПД муфты.
Угловая скорость на выходном валу будет:
?вых. =? x nвых. / 30 = 3,142×80 / 30 = 8,378 рад/с Требуемая мощность двигателя будет:
Pтреб. = Pвых. /? = 8 / 0,899 = 8,899 кВт В таблице П.1[1](см. приложение) по требуемой мощности выбираем электродвигатель 160M8, с синхронной частотой вращения 750 об/мин, с параметрами: Pдвиг.=11 кВт и скольжением 2,5% (ГОСТ 19 523−81). Номинальная частота вращения nдвиг. = 750−750×2,5/100=731,25 об/мин, угловая скорость? двиг. =? x nдвиг. / 30 = 3,14×731,25 / 30 = 76,576 рад/с.
Oбщее передаточное отношение:
U = ?вход. / ?вых. = 76,576 / 8,378 = 9,14
Для передач выбрали следующие передаточные числа:
U1 = 1,6
U2 = 5,6
Рассчитанные частоты и угловые скорости вращения валов сведены ниже в таблицу :
Вал 1-й | n1 = nдвиг. / U1 = 731,25 / 1,6 = 457,031 об./мин. | ?1 = ?двиг. / U1 = 76,576 / 1,6 = 47,86 рад/c. | |
Вал 2-й | n2 = n1 / U2 = 457,031 / 5,6 = 81,613 об./мин. | ?2 = ?1 / U2 = 47,86 / 5,6 = 8,546 рад/c. | |
Мощности на валах:
P1 = Pтреб. x ?1 x? подш. = 8899×0,96×0,99 = 8457,61 Вт
P2 = P1 x ?2 x? подш. = 8457,61×0,975×0,99 = 8163,708 Вт Вращающие моменты на валах:
T1 = P1 / ?1 = (8457,61×103) / 47,86 = 176 715,629 Нxмм
T2 = P2 / ?2 = (8163,708×103) / 8,546 = 955 266,557 Нxмм По таблице П.1(см. приложение учебника Чернавского) выбран электродвигатель 160M8, с синхронной частотой вращения 750 об/мин, с мощностью Pдвиг.=11 кВт и скольжением 2,5% (ГОСТ 19 523−81). Номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг. = 731,25 об/мин.
Передаточные числа и КПД передач
Передачи | Передаточное число | КПД | |
1-я ременная передача с клиновым ремнём | 1,6 | 0,96 | |
2-я закрытая зубчатая цилиндрическая передача | 5,6 | 0,975 | |
Рассчитанные частоты, угловые скорости вращения валов и моменты на валах
Валы | Частота вращения, об/мин | Угловая скорость, рад/мин | Момент, Нxмм | |
1-й вал | 457,031 | 47,86 | 176 715,629 | |
2-й вал | 81,613 | 8,546 | 955 266,557 | |
2. Расчёт 1-й клиноременной передачи
1. Вращающий момент на меньшем ведущем шкиве:
T (ведущий шкив) = 116 211,346 Нxмм.
2. По номограмме на рис. 7.3[1] в зависимости от частоты вращения меньшего ведущего шкива n (ведущий шкив) (в нашем случае n (ведущий шкив)=731,247 об/мин) и передаваемой мощности:
P = T (ведущий шкив) x ?(ведущий шкив) = 116 211,346×10−6×76,576 = 8,899 кВт
принимаем сечение клинового ремня А.
3. Диаметр меньшего шкива по формуле 7.25[1]:
d1 = (3…4) x T (ведущий шкив)1/3 = (3…4) x 116 211,3461/3 = 146,399…195,198 мм.
Согласно табл. 7.8[1] принимаем d1 = 160 мм.
4. Диаметр большого шкива (см. формулу 7.3[1]):
d2 = U x d1 x (1 — ?) = 1,6×160 x (1 — 0,015) = 252,16 мм.
где? = 0,015 — относительное скольжение ремня.
Принимаем d2 = 250 мм.
5. Уточняем передаточное отношение:
Uр = d2 / (d1 x (1 — ?)) = 250 / (160 x (1 — 0,015)) = 1,586
При этом угловая скорость ведомого шкива будет:
?(ведомый шкив) = ?(ведущий шкив) / Uр = 76,576 / 1,586 = 48,282 рад/с.
Расхождение с требуемым (47,86−48,282)/47,86=-0,882%, что менее допускаемого: 3%.
Следовательно, окончательно принимаем диаметры шкивов:
d1 = 160 мм;
d2 = 250 мм.
6. Межосевое расстояние Ap следует принять в интервале (см. формулу 7.26[1]):
amin = 0.55 x (d1 + d2) + T0 = 0.55 x (160 + 250) + 6 = 231,5 мм;
amax = d1 + d2 = 160 + 250 = 410 мм.
где T0 = 6 мм (высота сечения ремня).
Принимаем предварительно значение a? = 797 мм.
7. Расчетная длина ремня по формуле 7.7[1]:
L = 2 x a? + 0.5 x? x (d1 + d2) + (d2 — d1)2 / (4 x a?) =
2 x 797 + 0.5×3,142 x (160 + 250) + (250 — 160)2 / (4×797) =
2240,567 мм.
Выбираем значение по стандарту (см. табл. 7.7[1]) 2240 мм.
8. Уточнённое значение межосевого расстояния aр с учетом стандартной длины ремня L (см. формулу 7.27[1]):
aр = 0.25 x ((L — w) + ((L — w)2 — 2 x y)½)
где w = 0.5 x? x (d1 + d2) = 0.5×3,142 x (160 + 250) = 644,026 мм;
y = (d2 — d1)2 = (250 — 160)2 = 8100 мм.
Тогда:
aр = 0.25 x ((2240 — 644,026) +EQ R (;(2240 — 644,026)2 — 2×8100)) = 796,716 мм, При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01 x L = 22,4 мм для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0,025 x L = 56 мм для увеличения натяжения ремней.
9. Угол обхвата меньшего шкива по формуле 7.28[1]:
?1 = 180o — 57 x (d2 — d1) / aр = 180o — 57 x (250 — 160) / aр = 173,561o
10. Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации передачи, по табл. 7.10[1]: Cp = 1,1.
11. Коэффициент, учитывающий влияние длины ремня по табл. 7.9[1]: CL = 1,06.
12. Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата (см. пояснения к формуле 7.29[1]): C? = 0,984.
13. Коэффициент, учитывающий число ремней в передаче (см. пояснения к формуле 7.29[1]): предполагая, что ремней в передаче будет от 4 до 6, примем коэффициент Сz = 0,85.
14. Число ремней в передаче:
z = P x Cp / (PoCL x C? x Cz) = 8899×1,1 / (1870×1,06×0,984×0,85 = 5,904,
где Рo = 1,87 кВт — мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, кВт (см. табл. 7.8[1]).
Принимаем z = 6.
15. Скорость:
V = 0.5 x ?(ведущего шкива) x d1 = 0.5×76,576×0,16 = 6,126 м/c.
16. Нажатие ветви клинового ремня по формуле 7.30[1]:
F0 = 850 x P x Cр x CL / (z x V x C?) +? x V2 =
850×8,899×1,1×1,06 / (6×6,126×0,984) + 0,1×6,1262 = 247,61 H.
где? = 0,1 Hxc2/м2 — коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил (см. пояснения к формуле 7.30[1]).
17. Давление на валы находим по формуле 7.31[1]:
Fв = 2 x F0 x sin (?/2) = 2×247,61×6 x sin (173,561o/2) = 2966,63 H.
18. Ширина шкивов Вш (см. табл. 7.12[1]):
Вш = (z — 1) x e + 2 x f = (6 — 1) x 15 + 2×10 = 95 мм.
Параметры клиноременной передачи, мм
Параметр | Значение | Параметр | Значение | |
Тип ремня | клиновой | Диаметр ведущего шкива d1 | ||
Сечение ремня | А | Диаметр ведомого шкива d2 | ||
Количество ремней Z | Максимальное напряжение? max, H/мм2 | 4,848 | ||
Межосевое расстояние aw | 796,716 | |||
Длина ремня l | Предварительное натяжение ремня Fo, Н | 247,61 | ||
Угол обхвата ведущего шкива ?1, град | 173,561 | Сила давления ремня на вал Fв, Н | 2966,63 | |
3. Расчёт 2-й зубчатой цилиндрической передачи
3.1 Проектный расчёт
Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками (см. гл. 3, табл. 3.3[1]):
— для шестерни: сталь: 45
термическая обработка: улучшение
твердость: HB 230
— для колеса: сталь: 45
термическая обработка: улучшение
твердость: HB 200
Допустимые контактные напряжения (формула (3.9)[1]), будут:
[?H] = ?H lim b x KHL / [SH]
По таблице 3.2 гл. 3[1] имеем для сталей с твердостью поверхностей зубьев менее HB 350 :
?H lim b = 2 x HB + 70 .
?H lim b (шестерня) = 2×230 + 70 = 530 МПа;
?H lim b (колесо) = 2×200 + 70 = 470 МПа;
KHL — коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора принимаем KHL = 1; коэффициент безопасности [Sh]=1,1.
Допустимые контактные напряжения:
для шестерни [ ?H1 ] = 530×1 / 1,1 = 481,818 МПа;
для колеса [ ?H2 ] = 470×1 / 1,1 = 427,273 МПа.
Для прямозубых колес за расчетное напряжение принимается минимальное допустимое контактное напряжение шестерни или колеса.
Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение будет:
[ ?H ] = [ ?H2 ] = 427,273 МПа.
Принимаем коэффициент симметричности расположения колес относительно опор по таблице 3.5[1]: KHb = 1,15 .
Коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию принимаем:
?ba = b / aw = 0,2, (см. стр.36[1]).
Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев найдем по формуле 3.7 гл. 3[1]:
aw = Ka x (U + 1) x (T2 x KHb / [ ?H ] 2 x U2 x? ba) 1/3 =
49.5 x (5,6 + 1) x (955 266,557×1,15 / 427,2732×5,62×0,2)1/3 = 322,219 мм.
где для прямозубых колес Кa = 49.5, передаточное число передачи U = 5,6; T2 = Тколеса = 955 266,557 Нxм — момент на колесе.
Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185–66 будет: aw = 315 мм .
Нормальный модуль зацепления берем по следующей рекомендации:
mn = (0.01…0.02) x aw мм, для нас: mn = 3,15. .. 6,3 мм, принимаем:
по ГОСТ 9563–60* (см. стр. 36[1]) mn = 3,5 мм.
Задаемся суммой зубьев:
?Z = z1 + z2 = 2 x aw / mn = 2×315 / 3,5 = 180
Числа зубьев шестерни и колеса:
z1 = ?Z / (U + 1) = 180 / (5,6 + 1) = 27,273
Принимаем: z1 = 27
z2 = ?Z — z1 = 180 — 27 = 153
Угол наклона зубьев? = 0o .
Основные размеры шестерни и колеса:
диаметры делительные:
d1 = mn x z1 / cos (?) = 3,5×27 / cos (0o) = 94,5 мм;
d2 = mn x z2 / cos (?) = 3,5×153 / cos (0o) = 535,5 мм.
Проверка: aw = (d1 + d2) / 2 = (94,5 + 535,5) / 2 = 315 мм.
диаметры вершин зубьев:
da1 = d1 + 2 x mn = 94,5 + 2×3,5 = 101,5 мм;
da2 = d2 + 2 x mn = 535,5 + 2×3,5 = 542,5 мм.
ширина колеса: b2 = ?ba x aw = 0,2×315 = 63 мм;
ширина шестерни: b1 = b2 + 5 = 63 + 5 = 68 мм;
Определим коэффициент ширины шестерни по диаметру:
?bd = b1 / d1 = 68 / 94,5 = 0,72
Окружная скорость колес будет:
V = ?1 x d1 / 2 = 47,86×94,5×10−3 / 2 = 2,261 м/c;
При такой скорости следует принять для зубчатых колес 8-ю степень точности.
Коэффициент нагрузки равен:
KH = KHb x KHa x KHv .
Коэффициент KHb=1,026 выбираем по таблице 3.5[1], коэффициент KHa=1 выбираем по таблице 3.4[1], коэффициент KHv=1,05 выбираем по таблице 3.6[1], тогда:
KH = 1,026×1×1,05 = 1,077
3.2 Проверочный расчёт по контактным напряжениям
Проверку контактных напряжений проводим по формуле 3.6[1]:
?H = (310 / aw) x ((T2 x KH x (U + 1)3) / (b2 x U2))½ =
(310 / 315) x ((955 266,557×1,077 x (5,6 + 1)3;63×5,62)) =
380,784 МПа.? [?H]
Силы действующие в зацеплении вычислим по формуле 8.3 и 8.4[1]:
окружная :
Ft = 2 x T1 / d1 = 2×176 715,629 / 94,5 = 3740,013 Н;
радиальная: Fr = Ft x tg (?) / cos (?) = 3740,013 x tg (20o) / cos (0o) = 1361,253 Н;
осевая: Fa = F t x tg (?) = 3740,013 x tg (0o) = 0 Н.
3.3 Проверка зубьев передачи на изгиб
Проверим зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле 3.25[1]:
?F = Ft x KF x YF / (b x mn)? [?F]
Здесь коэффициент нагрузки KF = KF? x KFv (см. стр. 42[1]). По таблице 3.7[1] выбираем коэффициент расположения колес KF? = 1,068, по таблице 3.8[1] выбираем коэффициент KFv=1,25. Таким образом коэффициент KF = 1,068×1,25 = 1,335. YF — коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа Zv (см. гл. 3, пояснения к формуле 3.25[1]):
у шестерни: Zv1 = z1 / cos3(?) = 27 / cos3(0o) = 27
у колеса: Zv2 = z2 / cos3(?) = 153 / cos3(0o) = 153
Тогда: YF1 = 3,86
YF2 = 3,574
Допускаемые напряжения находим по формуле 3.24[1]:
[?F] = ?oF lim b x KFL / [Sf] .
KFL — коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора принимаем KFL = 1 .
Для шестерни: ?oF lim b = 414 МПа;
Для колеса: ?oF lim b = 360 МПа.
Коэффициент [Sf] безопасности находим по формуле 3.24[1]:
[SF] = [SF]' x [SF]" .
где для шестерни [SF]' = 1,75 ;
[SF]' = 1 ;
[SF (шест.)] = 1,75×1 = 1,75
для колеса [SF]' = 1,75 ;
[SF]" = 1 .
[SF (кол.)] = 1,75×1 = 1,75
Допускаемые напряжения:
для шестерни: [?F1] = 414×1 / 1,75 = 236,571 МПа;
для колеса: [?F2] = 360×1 / 1,75 = 205,714 МПа;
Находим отношения [?F] / YF :
для шестерни: [?F1] / YF1 = 236,571 / 3,86 = 61,288
для колеса: [?F2] / YF2 = 205,714 / 3,574 = 57,558
Дальнейший расчет будем вести для колеса, для которого найденное отношение меньше.
Проверяем прочность зуба колеса по формуле 3.25[1]:
?F2 = (Ft x KF x YF1) / (b2 x mn) =
(3740,013×1,335 x x 3,574) / (63×3,5) = 80,928 МПа
?F2 = 80,928 МПа < [?f] = 205,714 МПа.
Условие прочности выполнено.
Механические характеристики материалов зубчатой передачи
Элемент передачи | Марка стали | Термообработка | HB1ср | ?в | [?]H | [?]F | |
HB2ср | H/мм2 | ||||||
Шестерня | улучшение | 481,818 | 236,571 | ||||
Колесо | улучшение | 427,273 | 205,714 | ||||
Параметры зубчатой цилиндрической передачи, мм
Проектный расчёт | |||||
Параметр | Значение | Параметр | Значение | ||
Межосевое расстояние aw | Угол наклона зубьев ?, град | ||||
Модуль зацепления m | 3,5 | Диаметр делительной окружности: | |||
Ширина зубчатого венца: | шестерни d1 колеса d2 | 94,5 535,5 | |||
шестерни b1 колеса b2 | |||||
Числа зубьев: | Диаметр окружности вершин: | ||||
шестерни z1 колеса z2 | шестерни da1 колеса da2 | 101,5 542,5 | |||
Вид зубьев | прямозубая передача | Диаметр окружности впадин: | |||
шестерни df1 колеса df2 | 85,75 526,75 | ||||
Проверочный расчёт | |||||
Параметр | Допускаемые значения | Расчётные значения | Примечание | ||
Контактные напряжения? H, H/мм2 | 427,273 | 380,784 | ; | ||
Напряжения изгиба, H/мм2 | ?F1 | 236,571 | 80,978 | ; | |
?F2 | 205,714 | 80,928 | ; | ||
4. Предварительный расчёт валов
Предварительный расчёт валов проведём на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.
Диаметр вала при допускаемом напряжении [?к] = 20 МПа вычисляем по формуле 8.16[1]:
dв? (16 x Tк / (? x [?к]))1/3
4.1 Ведущий вал
dв? (16×176 715,629 / (3,142×20))1/3 = 35,569 мм.
Под 1-й элемент (ведомый) выбираем диаметр вала: 40 мм.
Под 2-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 45 мм.
Под 3-й элемент (ведущий) выбираем диаметр вала: 50 мм.
Под 4-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 45 мм.
4.2 Выходной вал
dв? (16×955 266,557 / (3,142×20))1/3 = 62,424 мм.
Под свободный (присоединительный) конец вала выбираем диаметр вала: 65 мм.
Под 2-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 70 мм.
Под 3-й элемент (ведомый) выбираем диаметр вала: 75 мм.
Под 4-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 70 мм.
Диаметры участков валов назначаем исходя из конструктивных соображений.
Диаметры валов, мм
Валы | Расчетный диаметр | Диаметры валов по сечениям | ||||
1-е сечение | 2-е сечение | 3-е сечение | 4-е сечение | |||
Ведущий вал. | 35,569 | Под 1-м элементом (ведомым) диаметр вала: | Под 2-м элементом (подшипником) диаметр вала: | Под 3-м элементом (ведущим) диаметр вала: | Под 4-м элементом (подшипником) диаметр вала: | |
Выходной вал. | 62,424 | Под свободным (присоединительным) концом вала: | Под 2-м элементом (подшипником) диаметр вала: | Под 3-м элементом (ведомым) диаметр вала: | Под 4-м элементом (подшипником) диаметр вала: | |
Длины участков валов, мм
Валы | Длины участков валов между | |||
1-м и 2-м сечениями | 2-м и 3-м сечениями | 3-м и 4-м сечениями | ||
Ведущий вал. | ||||
Выходной вал. | ||||
5. Конструктивные размеры шестерен и колёс
5.1 Ведущий шкив 1-й ременной передачи
Диаметр ступицы: dступ = (1,5…1,8) x dвала = 1,5×48 = 72 мм.
Длина ступицы: Lступ = (1,2…1,5) x dвала = 1,2×48 = 57,6 мм = 95 мм.
Толщина обода:?о = (1,1…1,3) x h = 1,1×8,7 = 9,57 мм = 10 мм.
где h = 8,7 мм — глубина канавки под ремень от делительного диаметра.
Внутренний диаметр обода:
Dобода = d1 — 2 x (?o + h) = 160 — 2 x (10 + 8,7) = 122,6 мм Диаметр центровой окружности:
DC отв. = 0,5 x (Doбода + dступ.) = 0,5 x (122,6 + 72) = 97,3 мм = 97 мм где Doбода = 122,6 мм — внутренний диаметр обода.
Диаметр отверстий: Dотв. = (Doбода + dступ.) / 4 = (122,6 + 72) / 4 = 12,65 мм = 13 мм.
5.2 Ведомый шкив 1-й ременной передачи
Диаметр ступицы: dступ = (1,5…1,8) x dвала = 1,5×40 = 60 мм.
Длина ступицы: Lступ = (1,2…1,5) x dвала = 1,2×40 = 48 мм = 95 мм.
Толщина обода:?о = (1,1…1,3) x h = 1,1×8,7 = 9,57 мм = 10 мм.
где h = 8,7 мм — глубина канавки под ремень от делительного диаметра.
Внутренний диаметр обода:
Dобода = d2 — 2 x (?o + h) = 250 — 2 x (10 + 8,7) = 212,6 мм Диаметр центровой окружности:
DC отв. = 0,5 x (Doбода + dступ.) = 0,5 x (212,6 + 60) = 136,3 мм = 136 мм где Doбода = 212,6 мм — внутренний диаметр обода.
Диаметр отверстий: Dотв. = (Doбода + dступ.) / 4 = (212,6 + 60) / 4 = 38,15 мм = 38 мм.
5.3 Цилиндрическая шестерня 2-й передачи
Диаметр ступицы: dступ = (1,5…1,8) x dвала = 1,5×50 = 75 мм.
Длина ступицы: Lступ = (0,8…1,5) x dвала = 0,8×50 = 40 мм. Длину ступицы, исходя из конструктивных соображений, принимаем равной ширине зубчатого венца: Lступ = b1 = 68 мм.
Фаска: n = 0,5 x mn = 0,5×3,5 = 1,75 мм Округляем по номинальному ряду размеров: n = 2 мм.
5.4 Цилиндрическое колесо 2-й передачи
Диаметр ступицы: dступ = (1,5…1,8) x dвала = 1,5×75 = 112,5 мм. = 112 мм.
Длина ступицы: Lступ = (0,8…1,5) x dвала = 1×75 = 75 мм Толщина обода: ?о = (2,5…4) x mn = 2,5×3,5 = 8,75 мм. = 9 мм.
где mn = 3,5 мм — модуль нормальный.
Толщина диска: С = (0,2…0,3) x b2 = 0,2×63 = 12,6 мм = 13 мм.
где b2 = 63 мм — ширина зубчатого венца.
Толщина рёбер: s = 0,8 x C = 0,8×13 = 10,4 мм = 10 мм.
Внутренний диаметр обода:
Dобода = Da2 — 2 x (2 x mn + ?o) = 542,5 — 2 x (2×3,5 + 9) = 510,5 мм = 510 мм.
Диаметр центровой окружности:
DC отв. = 0,5 x (Doбода + dступ.) = 0,5 x (510 + 112) = 311 мм = 312 мм где Doбода = 510 мм — внутренний диаметр обода.
Диаметр отверстий: Dотв. = Doбода — dступ.) / 4 = (510 — 112) / 4 = 99,5 мм = 100 мм.
Фаска: n = 0,5 x mn = 0,5×3,5 = 1,75 мм Округляем по номинальному ряду размеров: n = 2 мм.
6. Выбор муфты на выходном валу привода
В виду того, что в данном соединении валов требуется невысокая компенсирующая способность муфт, то допустима установка муфты упругой втулочно-пальцевой. Достоинство данного типа муфт: относительная простота конструкции и удобство замены упругих элементов. Выбор муфты упругой втулочно-пальцевой производится в зависимости от диаметров соединяемых валов, расчётного передаваемого крутящего момента и максимально допустимой частоты вращения вала. Диаметры соединяемых валов:
d (выход. вала) = 65 мм;
d (вала потребит.) = 65 мм;
Передаваемый крутящий момент через муфту:
T = 955,267 Нxм Расчётный передаваемый крутящий момент через муфту:
Tр = kр x T = 1,3×955,267 = 1241,847 Нxм здесь kр = 1,3 — коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; значения его приведены в таблице 11.3[1].
Частота вращения муфты:
n = 81,613 об./мин.
Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 2000;65-I.1−65-I.1-У2 ГОСТ 21 424–93 (по табл. К21[3]).
Упругие элементы муфты проверим на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами.
?см. = 2×103 x Tр / (zc x Do x dп x lвт) =
2 x 103×1241,847 / (10×181×24×44) = 1,299 МПа? [?см] = 1,8МПа, здесь zc=10 — число пальцев; Do=181 мм — диаметр окружности расположения пальцев; dп=24 мм — диаметр пальца; lвт=44 мм — длина упругого элемента.
Рассчитаем на изгиб пальцы муфты, изготовленные из стали 45:
?и = 2×103 x Tр x (0,5 x lвт + с) / (zc x Do x 0,1 x dп3) =
2 x 103×1241,847 x (0,5×44 + 4) / (10×181×0,1×243) =
25,808 МПа? [?и] = 80МПа, здесь c=4 мм — зазор между полумуфтами.
Условие прочности выполняется.
Муфты
Муфты | Соединяемые валы | ||
Ведущий | Ведомый | ||
Муфта упругая втулочно-пальцевая 2000;65-I.1−65-I.1-У2 ГОСТ 21 424–93 (по табл. К21[3]). | Выходной вал d (выход. вала) = 65 мм; | Вал потребителя d (вала потребит.) = 65 мм; | |
7. Проверка прочности шпоночных соединений
7.1 Ведущий шкив 1-й клиноременной передачи
Для данного элемента подбираем шпонку призматическую со скруглёнными торцами 14×9. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23 360–78 (см. табл. 8,9[1]).
Материал шпонки — сталь 45 нормализованная.
Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].
?см = 2 x Т / (dвала x (l — b) x (h — t1)) =
2 x 116 211,346 / (48 x (90 — 14) x (9 — 5,5)) = 18,204 МПа? [?см]
где Т = 116 211,346 Нxмм — момент на валу; dвала = 48 мм — диаметр вала; h = 9 мм — высота шпонки; b = 14 мм — ширина шпонки; l = 90 мм — длина шпонки; t1 = 5,5 мм — глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [?см] = 75 МПа.
Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].
?ср = 2 x Т / (dвала x (l — b) x b) =
2 x 116 211,346 / (48 x (90 — 14) x 14) = 4,551 МПа? [?ср]
Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [?ср] = 0,6 x [?см] = 0,6×75 = 45 МПа.
Все условия прочности выполнены.
7.2 Ведомый шкив 1-й клиноременной передачи
Для данного элемента подбираем шпонку призматическую со скруглёнными торцами 12×8. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23 360–78 (см. табл. 8,9[1]).
Материал шпонки — сталь 45 нормализованная.
Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].
?см = 2 x Т / (dвала x (l — b) x (h — t1)) =
2 x 176 715,629 / (40 x (90 — 12) x (8 — 5)) = 37,76 МПа? [?см]
где Т = 176 715,629 Нxмм — момент на валу; dвала = 40 мм — диаметр вала; h = 8 мм — высота шпонки; b = 12 мм — ширина шпонки; l = 90 мм — длина шпонки; t1 = 5 мм — глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [?см] = 75 МПа.
Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].
?ср = 2 x Т / (dвала x (l — b) x b) =
2 x 176 715,629 / (40 x (90 — 12) x 12) = 9,44 МПа? [?ср]
Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [?ср] = 0,6 x [?см] = 0,6×75 = 45 МПа.
Все условия прочности выполнены.
7.3 Шестерня 2-й зубчатой цилиндрической передачи
Для данного элемента подбираем шпонку призматическую со скруглёнными торцами 14×9. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23 360–78 (см. табл. 8,9[1]).
Материал шпонки — сталь 45 нормализованная.
Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].
?см = 2 x Т / (dвала x (l — b) x (h — t1)) =
2 x 176 715,629 / (50 x (63 — 14) x (9 — 5,5)) = 41,216 МПа? [?см]
где Т = 176 715,629 Нxмм — момент на валу; dвала = 50 мм — диаметр вала; h = 9 мм — высота шпонки; b = 14 мм — ширина шпонки; l = 63 мм — длина шпонки; t1 = 5,5 мм — глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [?см] = 75 МПа.
Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].
?ср = 2 x Т / (dвала x (l — b) x b) =
2 x 176 715,629 / (50 x (63 — 14) x 14) = 10,304 МПа? [?ср]
Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [?ср] = 0,6 x [?см] = 0,6×75 = 45 МПа.
Все условия прочности выполнены.
7.4 Колесо 2-й зубчатой цилиндрической передачи
Для данного элемента подбираем две шпонки, расположенные под углом 180o друг к другу. Шпонки призматические со скруглёнными торцами 20×12. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23 360–78 (см. табл. 8,9[1]).
Материал шпонки — сталь 45 нормализованная.
Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].
?см = Т / (dвала x (l — b) x (h — t1)) =
955 266,557 / (75 x (70 — 20) x (12 — 7,5)) = 56,608 МПа? [?см]
где Т = 955 266,557 Нxмм — момент на валу; dвала = 75 мм — диаметр вала; h = 12 мм — высота шпонки; b = 20 мм — ширина шпонки; l = 70 мм — длина шпонки; t1 = 7,5 мм — глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [?см] = 75 МПа.
Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].
?ср = Т / (dвала x (l — b) x b) =
955 266,557 / (75 x (70 — 20) x 20) = 12,737 МПа? [?ср]
Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [?ср] = 0,6 x [?см] = 0,6×75 = 45 МПа.
Все условия прочности выполнены.
Соединения элементов передач с валами
Передачи | Соединения | ||
Ведущий элемент передачи | Ведомый элемент передачи | ||
1-я клиноременная передача | Шпонка призматическая со скруглёнными торцами 14x9 | Шпонка призматическая со скруглёнными торцами 12x8 | |
2-я зубчатая цилиндрическая передача | Шпонка призматическая со скруглёнными торцами 14x9 | Две шпонки призматические со скруглёнными торцами 20×12 | |
8. Конструктивные размеры корпуса редуктора
Толщина стенки корпуса и крышки одноступенчатого цилиндрического редуктора:
? = 0.025 x aw + 1 = 0.025×315 + 1 = 8,875 мм Округляя в большую сторону, получим? = 9 мм.
?1 = 0.02 x aw + 1 = 0.02×315 + 1 = 7,3 мм Так как должно быть ?1? 8.0 мм, принимаем ?1 = 8.0 мм.
Толщина верхнего пояса (фланца) корпуса: b = 1.5 x? = 1.5×9 = 13,5 мм. Округляя в большую сторону, получим b = 14 мм.
Толщина нижнего пояса (фланца) крышки корпуса: b1 = 1.5 x ?1 = 1.5×8 = 12 мм.
Толщина нижнего пояса корпуса:
без бобышки: p = 2.35 x? = 2.35×9 = 21,15 мм.
Округляя в большую сторону, получим p = 22 мм.
при наличии бобышки: p1 = 1.5 x? = 1.5×9 = 13,5 мм.
Округляя в большую сторону, получим p1 = 14 мм.
p2 = (2,25…2,75) x? = 2.65×9 = 23,85 мм.
Округляя в большую сторону, получим p2 = 24 мм.
Толщина рёбер основания корпуса: m = (0,85…1) x? = 0.9×9 = 8,1 мм. Округляя в большую сторону, получим m = 9 мм.
Толщина рёбер крышки: m1 = (0,85…1) x ?1 = 0.9×8 = 7,2 мм. Округляя в большую сторону, получим m1 = 8 мм.
Диаметр фундаментных болтов (их число? 4):
d1 = (0,03…0,036) x aw (тихоходная ступень) + 12 =
(0,03…0,036) x 315 + 12 = 21,45…23,34 мм.
Принимаем d1 = 24 мм.
Диаметр болтов:
у подшипников:
d2 = (0,7…0,75) x d1 = (0,7…0,75) x 24 = 16,8…18 мм. Принимаем d2 = 16 мм.
соединяющих основание корпуса с крышкой:
d3 = (0,5…0,6) x d1 = (0,5…0,6) x 24 = 12…14,4 мм. Принимаем d3 = 16 мм.
Размеры, определяющие положение болтов d2 (см. рис. 10.18[1]):
e? (1…1,2) x d2 = (1…1.2) x 16 = 16…19,2 = 17 мм;
q? 0,5 x d2 + d4 = 0,5×16 + 5 = 13 мм;
где крепление крышки подшипника d4 = 5 мм.
Высоту бобышки hб под болт d2 выбирают конструктивно так, чтобы образовалась опорная поверхность под головку болта и гайку. Желательно у всех бобышек иметь одинаковую высоту hб.
9. Расчёт реакций в опорах
9.1 1-й вал
Силы, действующие на вал и углы контактов элементов передач:
Fx1 = -2966,63 H
Fx3 = -1361,253 H
Fy3 = 3740,013 H
Из условия равенства суммы моментов сил относительно 1-й опоры:
Rx2 = ((-Fx1 * (L1 + L2 + L3)) — Fx2 * L3) / (L2 + L3)
= ((-(-2966,63) * (105 + 80 + 80)) — (-1361,253) * 80) / (80 + 80)
= 5594,107 H
Ry2 = ((-Fy1 * (L1 + L2 + L3)) — Fy3 * L3) / (L2 + L3)
= ((-0 * (105 + 80 + 80)) — 3740,013 * 80) / (80 + 80)
= -1870,007 H
Из условия равенства суммы сил относительно осей X и Y:
Rx4 = (-Fx1) — Rx2 — Fx2
= (-(-2966,63)) — 5594,107 — (-1361,253)
= -1266,224 H
Ry4 = (-Fy1) — Rx2 — Fy3
= (-0) — (-1870,007) — 3740,013
= -1870,006 H
Суммарные реакции опор:
R1 = (Rx12 + Ry12)½ = (5594,1072 + -1870,0072)½ = 5898,386 H;
R2 = (Rx22 + Ry22)½ = (-1266,2242 + -1870,0062)½ = 2258,373 H;
9.2 2-й вал
Силы, действующие на вал и углы контактов элементов передач:
Fx3 = 1361,253 H
Fy3 = -3740,013 H
Из условия равенства суммы моментов сил относительно 1-й опоры:
Rx2 = (-Fx2 * L3) / (L2 + L3)
= (-1361,253 * 80) / (80 + 80)
= -680,626 H
Ry2 = (-Fy3 * L3) / (L2 + L3)
= (-(-3740,013) * 80) / (80 + 80)
= 1870,006 H
Из условия равенства суммы сил относительно осей X и Y:
Rx4 = (-Rx2) — Fx2
= (-(-680,626)) — 1361,253
= -680,626 H
Ry4 = (-Rx2) — Fy3
= (-1870,006) — (-3740,013)
= 1870,006 H
Суммарные реакции опор:
R1 = (Rx12 + Ry12)½ = (-680,6262 + 1870,0062)½ = 1990,019 H;
R2 = (Rx22 + Ry22)½ = (-680,6262 + 1870,0062)½ = 1990,019 H;
10. Построение эпюр моментов валов
10.1 Расчёт моментов 1-го вала
1-е сечение
Mx = 0 Н x мм
My = 0 Н x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (02 + 02)½ = 0 H x мм
2-е сечение
Mx = 0 Н x мм
My = Fx1 * L1 =
(-2966,63) * 105 = -311 496,15 H x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (02 + -311 496,152)½ = 311 496,15 H x мм
3-е сечение
Mx = Fy1 * (L1 + L2) + Rx2 * L2 =
0 * (105 + 80) + (-1870,007) * 80 = -149 600,52 H x мм
My = Fx1 * (L1 + L2) + Rx2 * L2 =
(-2966,63) * (105 + 80) + 5594,107 * 80 = -101 297,955 H x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (-149 600,522 + -101 297,9552)½ = 180 669,841 H x мм
4-е сечение
Mx = 0 Н x мм
My = 0 Н x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (02 + 02)½ = 0 H x мм
10.2 Эпюры моментов 1-го вала
10.3 Расчёт моментов 2-го вала
1 — е сечение
Mx = 0 Н x мм
My = 0 Н x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (02 + 02)½ = 0 H x мм
2 — е сечение
Mx = 0 Н x мм
My = 0 Н x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (02 + 02)½ = 0 H x мм
3 — е сечение
Mx = Rx2 * L2 =
1870,006 * 80 = 149 600,52 H x мм
My = Rx2 * L2 =
(-680,626) * 80 = -54 450,12 H x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (149 600,522 + -54 450,122)½ = 159 201,543 H x мм
4 — е сечение
Mx = 0 Н x мм
My = 0 Н x мм
M = (Mx12 + My12)½ = (02 + 02)½ = 0 H x мм
10.4 Эпюры моментов 2-го вала
11. Проверка долговечности подшипников
11.1 1-й вал
Выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338–75) 409 тяжелой серии со следующими параметрами:
d = 45 мм — диаметр вала (внутренний посадочный диаметр подшипника);
D = 120 мм — внешний диаметр подшипника;
C = 76,1 кН — динамическая грузоподъёмность;
Co = 45,5 кН — статическая грузоподъёмность.
Радиальные нагрузки на опоры:
Pr1 = 5898,386 H;
Pr2 = 2258,373 H.
Будем проводить расчёт долговечности подшипника по наиболее нагруженной опоре 1.
Эквивалентная нагрузка вычисляется по формуле:
Рэ = (Х x V x Pr1 + Y x Pa) x Кб x Кт, где — Pr1 = 5898,386 H — радиальная нагрузка; Pa = Fa = 0 H — осевая нагрузка; V = 1 (вращается внутреннее кольцо подшипника); коэффициент безопасности Кб = 1,4 (см. табл. 9.19[1]); температурный коэффициент Кт = 1 (см. табл. 9.20[1]).
Отношение Fa / Co = 0 / 45 500 = 0; этой величине (по табл. 9.18[1]) соответствует e = 0.
Отношение Fa / (Pr1 x V) = 0 / (5898,386×1) = 0? e; тогда по табл. 9.18[1]: X = 1; Y = 0.
Тогда: Pэ = (1×1×5898,386 + 0×0) x 1,4×1 = 8257,74 H.
Расчётная долговечность, млн. об. (формула 9.1[1]):
L = (C / Рэ)3 = (76 100 / 8257,74)3 = 782,655 млн. об.
Расчётная долговечность, ч.:
Lh = L x 106 / (60 x n1) = 782,655×106 / (60×457,031) = 28 541,281 ч, что больше 10 000 ч. (минимально допустимая долговечность подшипника), установленных ГОСТ 16 162–85 (см. также стр.307[1]), здесь n1 = 457,031 об/мин — частота вращения вала.
11.2 2-й вал
Выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338–75) 314 средней серии со следующими параметрами:
d = 70 мм — диаметр вала (внутренний посадочный диаметр подшипника);
D = 150 мм — внешний диаметр подшипника;
C = 104 кН — динамическая грузоподъёмность;
Co = 63 кН — статическая грузоподъёмность.
Радиальные нагрузки на опоры:
Pr1 = 1990,019 H;
Pr2 = 1990,019 H.
Будем проводить расчёт долговечности подшипника по наиболее нагруженной опоре 2.
Эквивалентная нагрузка вычисляется по формуле:
Рэ = (Х x V x Pr2 + Y x Pa) x Кб x Кт, где — Pr2 = 1990,019 H — радиальная нагрузка; Pa = Fa = 0 H — осевая нагрузка; V = 1 (вращается внутреннее кольцо подшипника); коэффициент безопасности Кб = 1,4 (см. табл. 9.19[1]); температурный коэффициент Кт = 1 (см. табл. 9.20[1]).
Отношение Fa / Co = 0 / 63 000 = 0; этой величине (по табл. 9.18[1]) соответствует e = 0.
Отношение Fa / (Pr2 x V) = 0 / (1990,019×1) = 0? e; тогда по табл. 9.18[1]: X = 1; Y = 0.
Тогда: Pэ = (1×1×1990,019 + 0×0) x 1,4×1 = 2786,027 H.
Расчётная долговечность, млн. об. (формула 9.1[1]):
L = (C / Рэ)3 = (104 000 / 2786,027)3 = 52 016,851 млн. об.
Расчётная долговечность, ч.:
Lh = L x 106 / (60 x n2) = 52 016,851×106 / (60×81,613) = 10 622 664,486 ч, что больше 10 000 ч. (минимально допустимая долговечность подшипника), установленных ГОСТ 16 162–85 (см. также стр.307[1]), здесь n2 = 81,613 об/мин — частота вращения вала.
Подшипники
Валы | Подшипники | ||||||
1-я опора | 2-я опора | ||||||
Наименование | d, мм | D, мм | Наименование | d, мм | D, мм | ||
1-й вал | шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338–75) 409тяжелой серии | шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338–75) 409тяжелой серии | |||||
2-й вал | шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338–75) 314средней серии | шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338–75) 314средней серии | |||||
12 Уточненный расчёт валов
12.1 Расчёт 1-го вала
Крутящий момент на валу Tкр. = 176 715,629 Hxмм.
Для данного вала выбран материал: сталь 45. Для этого материала:
— предел прочности? b = 780 МПа;
— предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба
?-1 = 0,43 x? b = 0,43×780 = 335,4 МПа;
— предел выносливости стали при симметричном цикле кручения
?-1 = 0,58 x ?-1 = 0,58×335,4 = 194,532 МПа.
2 — е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 45 мм. Концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом (см. табл. 8.7[1]).
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?? x ?)) x? v + ?? x? m), где:
— амплитуда цикла нормальных напряжений:
?v = Mизг. / Wнетто = 311 496,15 / 8946,176 = 34,819 МПа, здесь
Wнетто =? x D3 / 32 =
3,142×453 / 32 = 8946,176 мм³
— среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
?m = Fa / (? x D2 / 4) = 0 / (3,142×452 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа — продольная сила,
— ?? = 0,2 — см. стр. 164[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
— k?/?? = 3,102 — находим по таблице 8.7[1];
Тогда:
S? = 335,4 / ((3,102 / 0,97) x 34,819 + 0,2×0) = 3,012.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?t x ?)) x? v + ?t x? m), где:
— амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
?v = ?m = ?max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5×176 715,629 / 17 892,352 = 4,938 МПа, здесь
Wк нетто =? x D3 / 16 =
3,142×453 / 16 = 17 892,352 мм³
— ?t = 0.1 — см. стр. 166[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
— k?/?? = 2,202 — находим по таблице 8.7[1];
Тогда:
S? = 194,532 / ((2,202 / 0,97) x 4,938 + 0,1×4,938) = 16,622.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = S? x S? / (S?2 + S?2)½ = 3,012×16,622 / (3,0122 + 16,6222)½ = 2,964
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
3 — е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 50 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки. Ширина шпоночной канавки b = 14 мм, глубина шпоночной канавки t1 = 5,5 мм.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?? x ?)) x? v + ?? x? m), где:
— амплитуда цикла нормальных напряжений:
?v = Mизг. / Wнетто = 180 669,841 / 10 747,054 = 16,811 МПа, здесь
Wнетто =? x D3 / 32 — b x t1 x (D — t1)2/ (2 x D) =
3,142×503 / 32 — 14×5,5 x (50 — 5,5)2/ (2×50) = 10 747,054 мм³,
где b=14 мм — ширина шпоночного паза; t1=5,5 мм — глубина шпоночного паза;
— среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
?m = Fa / (? x D2 / 4) = 0 / (3,142×502 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа — продольная сила,
— ?? = 0,2 — см. стр. 164[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
— k? = 1,8 — находим по таблице 8.5[1];
— ?? = 0,85 — находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S? = 335,4 / ((1,8 / (0,85×0,97)) x 16,811 + 0,2×0) = 9,139.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?t x ?)) x? v + ?t x? m), где:
— амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
?v = ?m = ?max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5×176 715,629 / 23 018,9 = 3,838 МПа, здесь
Wк нетто =? x D3 / 16 — b x t1 x (D — t1)2/ (2 x D) =
3,142×503 / 16 — 14×5,5 x (50 — 5,5)2/ (2×50) = 23 018,9 мм³,
где b=14 мм — ширина шпоночного паза; t1=5,5 мм — глубина шпоночного паза;
— ?t = 0.1 — см. стр. 166[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
— k? = 1,7 — находим по таблице 8.5[1];
— ?? = 0,73 — находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S? = 194,532 / ((1,7 / (0,73×0,97)) x 3,838 + 0,1×3,838) = 20,268.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = S? x S? / (S?2 + S?2)½ = 9,139×20,268 / (9,1392 + 20,2682)½ = 8,331
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
12.2 Расчёт 2-го вала
Крутящий момент на валу Tкр. = 955 266,557 Hxмм.
Для данного вала выбран материал: сталь 45. Для этого материала:
— предел прочности? b = 780 МПа;
— предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба
?-1 = 0,43 x? b = 0,43×780 = 335,4 МПа;
— предел выносливости стали при симметричном цикле кручения
?-1 = 0,58 x ?-1 = 0,58×335,4 = 194,532 МПа.
1 — е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 65 мм. Это сечение при передаче вращающего момента через муфту рассчитываем на кручение. Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?t x ?)) x? v + ?t x? m), где:
— амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
?v = ?m = ?max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5×955 266,557 / 50 662 = 9,428 МПа, здесь
Wк нетто =? x D3 / 16 — b x t1 x (D — t1)2/ (2 x D) =
3,142×653 / 16 — 18×7 x (65 — 7)2/ (2×65) = 50 662 мм³
где b=18 мм — ширина шпоночного паза; t1=7 мм — глубина шпоночного паза;
— ?t = 0.1 — см. стр. 166[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
— k? = 1,7 — находим по таблице 8.5[1];
— ?? = 0,7 — находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S? = 194,532 / ((1,7 / (0,7×0,97)) x 9,428 + 0,1×9,428) = 7,925.
ГОСТ 16 162–78 указывает на то, чтобы конструкция редукторов предусматривала возможность восприятия консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала. Величина этой нагрузки для редукторов должна быть 2,5 x Т½.
Приняв у ведущего вала длину посадочной части под муфту равной длине полумуфты l = 80 мм, получим Мизг. = 2,5 x Tкр½ x l / 2 = 2,5×955 266,5571/2×80 / 2 = 97 737,739 Нxмм.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?? x ?)) x? v + ?? x? m), где:
— амплитуда цикла нормальных напряжений:
?v = Mизг. / Wнетто = 97 737,739 / 23 700,754 = 14,846 МПа, здесь
Wнетто =? x D3 / 32 — b x t1 x (D — t1)2/ (2 x D) =
3,142×653 / 32 — 18×7 x (65 — 7)2/ (2×65) = 23 700,754 мм³,
где b=18 мм — ширина шпоночного паза; t1=7 мм — глубина шпоночного паза;
— среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
?m = Fa / (? x D2 / 4) = 0 / (3,142×652 / 4) = 0 МПа, где
Fa = 0 МПа — продольная сила в сечении,
— ?? = 0,2 — см. стр. 164[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
— k? = 1,8 — находим по таблице 8.5[1];
— ?? = 0,82 — находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S? = 335,4 / ((1,8 / (0,82×0,97)) x 14,846 + 0,2×0) = 9,983.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = S? x S? / (S?2 + S?2)½ = 9,983×7,925 / (9,9832 + 7,9252)½ = 6,207
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
3 — е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 75 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием двух шпоночных канавок. Ширина шпоночной канавки b = 20 мм, глубина шпоночной канавки t1 = 7,5 мм.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?? x ?)) x? v + ?? x? m), где:
— амплитуда цикла нормальных напряжений:
?v = Mизг. / Wнетто = 159 201,543 / 32 304,981 = 4,928 МПа, здесь
Wнетто =? x D3 / 32 — b x t1 x (D — t1)2/ D =
3,142×753 / 32 — 20×7,5 x (75 — 7,5)2/ 75 = 32 304,981 мм³,
где b=20 мм — ширина шпоночного паза; t1=7,5 мм — глубина шпоночного паза;
— среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
?m = Fa / (? x D2 / 4) = 0 / (3,142×752 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа — продольная сила,
— ?? = 0,2 — см. стр. 164[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
— k? = 1,8 — находим по таблице 8.5[1];
— ?? = 0,76 — находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S? = 335,4 / ((1,8 / (0,76×0,97)) x 4,928 + 0,2×0) = 27,874.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S? = ?-1 / ((k? / (?t x ?)) x? v + ?t x? m), где:
— амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
?v = ?m = ?max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5×955 266,557 / 73 722,463 = 6,479 МПа, здесь
Wк нетто =? x D3 / 16 — b x t1 x (D — t1)2/ D =
3,142×753 / 16 — 20×7,5 x (75 — 7,5)2/ 75 = 73 722,463 мм³,
где b=20 мм — ширина шпоночного паза; t1=7,5 мм — глубина шпоночного паза;
— ?t = 0.1 — см. стр. 166[1];
—? = 0.97 — коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
— k? = 1,7 — находим по таблице 8.5[1];
— ?? = 0,65 — находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S? = 194,532 / ((1,7 / (0,65×0,97)) x 6,479 + 0,1×6,479) = 10,738.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = S? x S? / (S?2 + S?2)½ = 27,874×10,738 / (27,8742 + 10,7382)½ = 10,02
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
13. Тепловой расчёт редуктора
Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности, А = 0,73 мм² (здесь учитывалась также площадь днища, потому что конструкция опорных лап обеспечивает циркуляцию воздуха около днища).
По формуле 10.1[1] условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе:
?t = tм — tв = Pтр x (1 — ?) / (Kt x A)? [?t],
где Ртр = 8,899 кВт — требуемая мощность для работы привода; tм — температура масла; tв — температура воздуха.
Считаем, что обеспечивается нормальная циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплоотдачи Kt = 15 Вт/(м2xoC). Тогда:
?t = 8899 x (1 — 0,899) / (15×0,73) = 82,082o > [?t],
где [?t] = 50oС — допускаемый перепад температур.
Для уменьшения? t следует соответсвенно увеличить теплоотдающую поверхность корпуса редуктора пропорционально отношению:
?t / [?t] = 82,082 / 50 = 1,642, сделав корпус ребристым.
14. Выбор сорта масла
Смазывание элементов передач редуктора производится окунанием нижних элементов в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение элемента передачи примерно на 10−20 мм. Объём масляной ванны V определяется из расчёта 0,25 дм³ масла на 1 кВт передаваемой мощности:
V = 0,25×8,899 = 2,225 дм³.
По таблице 10.8[1] устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях? H = 380,784 МПа и скорости v = 2,261 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 30×10−6 м/с2. По таблице 10.10[1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20 799–75*).
Выбираем для подшипников качения пластичную смазку УТ-1 по ГОСТ 1957;73 (см. табл. 9.14[1]). Камеры подшинпиков заполняются данной смазкой и периодически пополняются ей.
15. Выбор посадок
Посадки элементов передач на валы — Н7/р6, что по СТ СЭВ 144−75 соответствует легкопрессовой посадке.
Посадка муфты на выходной вал редуктора — Н8/h8.
Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.
Остальные посадки назначаем, пользуясь данными таблицы 8.11[1].
16. Технология сборки редуктора
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии с чертежом общего вида редуктора, начиная с узлов валов.
На валы закладывают шпонки и напрессовывают элементы передач редуктора. Мазеудерживающие кольца и подшипники следует насаживать, предварительно нагрев в масле до 80−100 градусов по Цельсию, последовательно с элементами передач. Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу. После этого в подшипниковые камеры закладывают смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок, регулируют тепловой зазор. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышку винтами. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой, закрепляют крышку болтами. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.
Заключение
При выполнении курсового проекта по «Деталям машин» были закреплены знания, полученные за прошедший период обучения в таких дисциплинах как: теоретическая механика, сопротивление материалов, материаловедение.