3 Проверочный расчет валов

3.1 Составление расчетных схем в цилиндрической зубчатой передаче

При заполнении таблицы 3.1 усилия, действующие в зацеплении, берутся из расчета зубчатой цилиндрической передачи.

Таблица 3.1 – Усилия, действующие в передаче, Н

Наименование усилия	Расчетная формула	Результаты расчета
Окружное, Н
Радиальное, Н
Осевое, Н
*Делительный диаметр шестерни, мм	dw1 = d1
*Делительный диаметр колеса, мм	dw2 = d2

^*В прямозубой передаче угол наклона на делительном цилиндре равен нулю ( = 0), осевое усилие отсутствует (F_а = 0), и значения делительных диаметров при расчете валов не используются, поэтому в таблицу 3.1 их можно не записывать.

Сила давления на вал от неуравновешенной окружной силы муфты

– для ведущего вала;	(9)
- для ведомого вала зубчатых механизмов;	(10)

где Т_{1, 2} – крутящие моменты на ведомом и ведущем валах, соединяемых муфтой, соответственно [Нм];

Сила давления на вал от натяжения ремней в клиноременной передаче

,

(11)

где	F0 – сила предварительного натяжения, Н; z – число клиновых ремней; α1 – угол обхвата ремнем ведущего шкива, град.

Сила предварительного натяжения для клинового ремня

,

(12)

где	P – номинальная мощность двигателя, P = Pэл, кВт; Ср – коэффициент динамической нагрузки и длительности режима работы; Сl – коэффициент, учитывающий влияние длины ремня; Сα – коэффициент угла обхвата на меньшем шкиве; V – скорость ремня, м/с; θ – коэффициент, учитывающий центробежную силу, .

Таблица 3.2 – Значение коэффициента, учитывающего центробежную силу

При сечении	0	А	Б	В	Г
θ	0,06	0,1	0,18	0,3	0,6

Коэффициент, учитывающий центробежную силу выбирается с учетом принятого сечения ремня (рисунок 3.1).

Пример:

При и

тип сечения ремня – Б. Принимаем θ = 0,18.

По таблице 3.3 с учетом значения крутящего момента на валу ведущего шкива (Т_эл.) предварительно принимается делительный диаметр ведущего шкива клиноременной передачи.

Пример:

Величина вращающего момента Т_эл. = 64 Нм, по таблице 3.3 для сечения ремня Б, принимаем d_min = 125 мм.

Рисунок 3.1 – Номограмма для выбора клиновых ремней

нормального сечения

Таблица 3.3 - Минимальные значения диаметра меньших шкивов для передачи крутящих моментов

Обозначение сечения ремня	Нормального сечения
	О	А	Б	В	Г
Крутящий момент, Нм	<30	15...60	50...150	120…600	450…2400
d1min, мм	63	90	125	200	315

Диаметр ведомого шкива клиноременной передачи

d2 = d1min∙U2,

(13)

где U₂ – передаточное число клиноременной передачи (получено в пункте расчета 1.8.1).

Значение диаметра ведомого шкива округляют до ближайшего числа из стандартного ряда: 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 400, 450, 500, 630, 710, 800, 900, 1000.

Скорость ремня

,

(14)

где n_ном – номинальная частота вращения вала электродвигателя

nном = nэл, мин-1.

(15)

Число клиновых ремней

,

(16)

где [Р_п] – допускаемая мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, кВт.

Для ремня типа

О - [Рп] ≈ 1,1кВт, А - [Рп] ≈ 2,0 кВт, Б - [Рп] ≈ 3,5 кВт, В - [Рп] ≈ 4,1 кВт, Г - [Рп] ≈ 8,5 кВт.

Коэффициент влияния отношения расчетной длины ремня к базовой принимаем С_l =1.

Коэффициент режима работы С_р = 1 (спокойный характер нагрузки).

Коэффициент угла обхвата C_α на меньшем шкиве определяется по таблице 3.4 после определения угла обхвата.

,

(17)

где а – межосевое расстояние ременной передачи, мм.

Таблица 3.4 – Значения коэффициента, учитывающего угол обхвата на малом шкиве

Угол обхвата, град.	180	170	160	150	140	130	120
Cα	1	0,98	0,95	0,92	0,89	0,86	0,83

Ориентировочно межосевое расстояние принимается средним из диапазона

аmin 0,55 (d1 +d2)+h 0,	(18)
аmax 2 (d1 +d2),	(18, а)

где h₀ – высота сечения клинового ремня, мм.

Таблица 3.5 – Размеры высоты сечения клинового ремня нормального сечения

Тип сечения ремня	О	А	Б	В	Г
h0, мм	6	8	10,5	13,5	19

Сила давления на вал от цепной передачи

, [Н],

(19)

, [H],

(20)

где Т₂ – крутящий момент на тихоходном валу редуктора (на валу малой тяговой звездочки) Нм;

d_зв – делительный диаметр тяговой звездочки, мм

(21)

где z₁ – число зубьев тяговой звездочки,

t – шаг цепи, мм.

z1 = 31 – 2  U2 ,

(22)

где U₂ – передаточное число цепной передачи (определяется при выборе электродвигателя).

Полученное значение Z₁ по формуле (22) округляется до целого числа.

Шаг цепи передачи

,

(23)

где [Р] - допускаемое напряжение в шарнирах роликовой цепи, МПа.

Для проектировочного расчета рекомендуется принимать [Р]=20МПа. Расчетное значение шага t, полученное по формуле (23), округляется до стандартного значения по таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Выдержка из ГОСТ 13568-75 на цепи приводные роликовые однорядные ПР

t, мм	9,525	12,7	15,875	19,05	25,4	31,75	38,1	44,45	50,8
g, Н/м	0,45	0,75	1,0	1,9	2,6	3,8	5,5	7,5	9,7

Радиальная нагрузка, действующая на вал, от цепной передачи

FУ = 2  Ff , H.

(24)

Нагрузка от провисания цепи

Ff = 9,81  Kf  g  a

(25)

где	Kf –	коэффициент, учитывающий расположение цепи;
	Kf =	1,5, т.е. расположение цепи под 45°;
	Kf =	6 при горизонтально расположенной цепи;
	Kf =	1,5 при наклонном расположении цепи (под 45°);
	Kf =	1 при вертикальном расположении цепи;
	а -	межосевое расстояние, м;
	g -	масса 1 м цепи (таблица 3.6).

Ориентировочно межосевое расстояние принимается средним из диапазона, мм

аmin = 30t, аmax = 50t.

(26)

После определения всех усилий, действующих на валы, составляются расчетные схемы (рисунки 2П-7П). При составлении схем усилий учитываются следующие правила: направление окружной силы F_t2 на колесе совпадает с направлением вращения зубчатого колеса (n₂), а на шестерне F_t1 – противоположно её вращению (n₁) и действуют вдоль оси Х. Сила F_r всегда направлена по вертикальной оси Y к центру вращения зубчатых колес; направление силы F_a зависит от направления наклона зуба (правое или левое) и действует вдоль оси Z.

Консольная сила от ременной (или цепной) передачи F_о проставляется в соответствии с положением передачи в кинематической схеме привода или может быть направлена вертикально, горизонтально или под углом к горизонту.

Консольная сила от муфты F_м направлена по оси Х, поэтому рекомендуется принять наихудший случай нагружения и направить силу F_м противоположно силе F_t.