9. Расчет узла крепления каната.

В механизмах подъёма мостовых кранов крепление каната на барабане производится при помощи одноболтовых и двухболтовых прижимных планок. В случае применения одноболтовых планок независимо от расчета их должно быть не менее двух. Они устанавливаются с шагом в 60 .

Как уже указывалось выше, для уменьшения нагрузки на прижимные планки правилами предусматриваются наличие запасных витков трения. С учётом влияния этих витков усилие в канате перед прижимной планкой можно определить по формуле Эйлера:

,

(25)

где е – основание натуральных логарифмов;

f = 0,1…0,16 – коэффициент трения каната о барабан;

– угол обхвата барабана витками трения ( при ).

С учётом всех сил трения, которые удерживают канат на барабане, усилие в одном болте может быть найдено по формуле:

,

(26)

где z – число болтов;

f₁ – коэффициент трения каната о планку (при клиновой канавке планки ).

.

При диаметре каната до 12,5 мм принимают болты (шпильки) М12, до 15,5 – болты М16, до 17,5 – болты М20. Принятый болт проверяют на растяжение:

.

(27)

где k_з - коэффициент запаса крепления, k_з = 1,8;

S_б – площадь сечения болта,

[_р] – допускаемое напряжение растяжения, для Ст3 [_р] = 117МПа.

.

10. Расчет вала барабана

В современных конструкциях механизмов подъёма мостовых кранов, для обеспечения компактности, применяется специальное зубчатое зацепление. В этом случае конец тихоходного вала редуктора выполнен в виде зубчатого венца, входящего в зацепление с другим венцом, укреплённым непосредственно на барабане. При таком соединении крутящий момент от вала редуктора передаётся через зубчатое соединение прямо на барабан, минуя вал барабана. В этом случае вал превращается в ось, так как не передаёт крутящего момента и работает только на изгиб. Нагрузка на ось барабана создаётся усилиями двух ветвей каната, которые наматываются на барабан (весом, самого барабана можно пренебречь). Таким образом, суммарная нагрузка на барабан составит:

.

(28)

Нагрузки от барабана на ось передаются через ступицы. Для предварительного расчёта можно принять эти нагрузки сосредоточенными по серединам ступиц и равными:

Для левой ступицы:

.

(29)

Для правой ступицы:

.

(30)

Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях от опор, предварительно принять можно l₁ = 120 мм, l₂ =200мм.

Ориентировочная длина оси l=l_б + (150…200 мм). Принимаем l=1042мм.

Из условия равновесия находим реакцию правой опоры Rb:

.

(31)

Отсюда изгибающий момент под ступицей 2:

.

(32)

Из условия равновесия находим реакцию правой опоры Rа:

.

(33)

Отсюда изгибающий момент под ступицей 1:

.

(34)

Допускаемое напряжение при симметричном цикле:

,

(35)

где _-1 – предел выносливости. Для Ст45 _-1 = 260МПа;

К_о’- коэффициент, учитывающий конструкцию детали, К_о=2…2,8;

[n]- допускаемый коэффициент запаса прочности, [n] = 1,4.

,

(36)

Условие работы оси на изгиб:

,

(37)

где W – момент сопротивления сечения, W=0,1*d_ц³.

Отсюда диаметр ступицы равен:

.

(38)

Принимаем диаметр ступицы 60мм

Длина ступицы:

,

(39)

Принимаем длину ступицы 100мм.

Изгибающий момент под цапфой:

.

(40)

Диаметр цапфы:

.

(41)

Принимаем диаметр цапфы 40мм.

В целях унификации и сокращения трудоёмкости изготовления оси для левого конца, можно принять те же размеры, что и для правого. Окончательно диаметр цапф уточняется при выборе подшипников. В целях унификации целесообразно оба подшипника принять одинаковыми. Однако левый подшипник должен иметь наружный диаметр, равный диаметру гнезда выходного вала редуктора. Поэтому при выборе редуктора размер, как цапфы, так и подшипника может быть скорректирован. Ось барабана устанавливается на подшипниках качения, которые должны иметь возможность компенсировать несоосность опор, так как при наличии внешней (правой опоры) такая несоосность будет иметь место. С целью компенсации несоосности опор необходимо применять самоустанавливающиеся сферические двухрядные подшипники.