5.2 Эскизная компоновка редуктора

1. Намечаем расположение проекций компоновки в соответствии с кинематической схемой привода и наибольшими размерами колес.

2. Проводим оси проекций и осевые линии валов.

3. Вычерчиваем редукторную пару в соответствии с геометрическими параметрами, полученными в результате проектного расчета.

4. Для предотвращения задевания поверхностей вращающихся колес за внутренние стенки корпуса контур стенок проводим с зазором х, который находим по формуле [2, с.45]

мм;

Принимаем x = 10 мм. Такой же зазор предусматривается между подшипниками и контуром стенок . Расстояние y между дном корпуса и поверхностью колес найдем по формуле [2, c.45]

мм;

Принимаем 40 мм по ГОСТ 6636-69.

5. Вычерчиваем ступени вала на соответствующих осях по размерам d и l полученных в проектном расчете валов.

6. На ступенях вычерчиваем контуры подшипников по размерам d, D, B [табл. 5.1]

На быстроходном валу подшипники шариковые радиальные однорядные по ГОСТ 8338-75.

7. Определяем точки приложения консольных сил

Считаем, что в полумуфте точка приложения силы F_м находится в торцовой плоскости выходного конца тихоходного вала на расстоянии l_м от точки приложения реакций смежного подшипника.

Сила давления ременной передачи F_оп принять приложенной к середине выходного конца вала на расстоянии l_оп­ от точки приложения реакции смежного подшипника.

9. Проставляем на проекциях эскизной компоновки необходимые размеры.

5.3 Определение сил в зацеплении передачи и консольных сил

Окружная сила на делительном диаметре колеса по формуле [2, табл.6.1]

T₂ - крутящий момент на тихоходном валу, T₂=599,3 Н м;

d₂ - делительный диаметр колеса, d₂=316 мм;

мм;

Радиальная сила на колесе равна радиальной силе на шестерне по формуле [2, табл.6.1]:

- стандартный угол зацепления

- угол наклона зубьев

;

Осевая сила на колесе равна осевой силе на шестерни по формуле [2, табл.6.1]:

Н;

Консольная нагрузки от шкива ременной передач на быстроходном валу по формуле [2, c.63]:

- предварительное натяжение ремня, =0,54;

- угол обхвата ведущего шкива;

Н;

Консольная нагрузка от муфты на тихоходном валу по формуле [2, тбал.6.1]:

Н;

5.4 Определение реакций в опорах валов

Быстроходный вал

Рисунок 5.4 - Эпюры быстроходного вала

1. Вертикальная плоскость:

Н м

Н;

Н;

Проверка:

;

874,6-1388+513,4=0;

1 сечение

Н м;

2 сечение

Н м;

2. Горизонтальная плоскость:

Н;

Н;

Проверка:

-1897,4+3793-1894,6=0;

1 сечение

2 сечение

3 сечение

3. Строим эпюру суммарных моментов:

4. Определяем суммарные реакции опор:

Н;

Н;

Тихоходный вал:

Рисунок 5.4 - Эпюры тихоходного вала

Вертикальная плоскость

Н м;

Н;

Н;

Проверка:

;

-18,8+1388-1369,2=0;

1 сечение

2 сечение

2. Горизонтальная плоскость:

Н;

Н;

Проверка:

8563,9-3793-1710,9-3060=0;

1 сечение

2 сечение

3 сечение

3. Строим эпюру суммарных моментов:

4. Определяем суммарные реакции опор:

Н;

Н;

5.5 Проверочный расчет подшипников

На быстроходном валу устанавливаем подшипники шариковые радиальные однорядные по ГОСТ 8338-75 (310).

Рисунок 5.5 - эскиз расположения подшипников на быстроходном валу

Так как n₁ =320 > 10 об/мин, то расчет подшипников будем производить по критерию динамической грузоподъемности.

Н;

F_a = 465,8 Н; C_0r = 360 кН; C_r =61,8 кН;

1. Определим эквивалентную динамическую нагрузку

где X - коэффициент радиальной нагрузки [2, табл.9.1];

V - коэффициент вращения [2, табл.9.1];

- максимальная радиальная нагрузка подшипника;

Y - коэффициент осевой нагрузки [2, табл.9.2];

F_a - осевая сила;

- коэффициент безопасности [2, табл.9.4];

- температурный коэффициент, для рабочей температуры подшипника до 100 C [2, табл.9.5];

Н;

2. Ресурс долговечности

где a₁ - коэффициент надежности [2, стр.140];

a₂₃ - коэффициент, учитывающий влияние качества подшипника и качества его эксплуатации [2, стр.140];

n - частота вращения внутреннего кольца подшипника быстроходного вала;

C_r - базовая грузоподъемность подшипника;

m -показатель степени для шариковых подшипников;

ч;

Долговечность обеспечена.

Рисунок 5.1 - эскиз расположения подшипников на тихоходном валу

На тихоходном валу устанавливаем шариковые подшипники радиальные однорядные по ГОСТ 8338-75 (315).

Так как n₁ =320 > 10 об/мин, то расчет подшипников будем производить по критерию динамической грузоподъемности.

Н;

F_a = 465,8 Н; C_0r = 72 кН; C_r =112,0 кН;

1. Аналогично расчету подшипников быстроходного вала определим эквивалентную динамическую нагрузку

Н;

2. Аналогично определяем ресурс долговечности

ч;

Долговечность обеспечена.

5.6 Проверочный расчет валов на

выносливость

5.6.1 Быстроходный вал-шестерня.

5.6.2 Расчет на сопротивление усталости.

Материал быстроходного вала: Сталь 40х - улучшение.

Расчет будем производить по наиболее опасному сечению быстроходного вала - сечение в шестерне, исходя из расчетов п. 5.4.

Найдем общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений по ниже приведенной формуле, который должен быть больше минимально допустимого по формуле [2, с.125];

где - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

- коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям;

Находим коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям по формуле [1, c.125];

где - предел выносливости стали при изгибе для стали 40;

- эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений при = 900 МПа [3, табл.30];

- масштабный фактор для нормальных напряжений;

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

- амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба в рассматриваемом сечении;

- коэффициент чувствительности к асимметрии цикла нормальных к рассматриваемом сечении;

- среднее напряжение цикла нормальных напряжений, МПа.

где M_u = 107,6 - максимальный изгибающий момент (с суммарной эпюры);

W_x - момент сопротивления изгибу;

;

;

Находим коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям по формуле [1, c.125];

где - предел выносливости стали при кручении, равный [3, табл.25];

- эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений при = 900 МПа [3, табл.30];

- масштабный фактор для касательных напряжений;

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

- амплитуда цикла касательных напряжений, равная наибольшему напряжению кручения в рассматриваемом сечении;

- коэффициент чувствительности к асимметрии цикла касательных напряжений к рассматриваемому сечению (для стали 40) [3, табл. 25];

- среднее напряжение цикла касательных напряжений, МПа

где = 159.3 - крутящий момент на быстроходном валу;

- момент сопротивления кручению, равный

мм³;

МПа;

;

Коэффициент запаса прочности будет равен:

51,6>2.5;

Условие выполняется.

Расчёт на статическую прочность

Производится в целях предупреждения пластических деформаций.

Условие прочности выполняется.

Тихоходный вал

Расчёт на сопротивление усталости

Материал тихоходного вала: Сталь 40х - улучшение.

Расчёт будем производить по наиболее опасному сечению тихоходного вала - сечение под подшипник со стороны установки полумуфты, исходя из расчётов п.5.4.

Расчёт ведём аналогично расчёту быстроходного вала-шестерни.

Находим коэффициент запаса прочности:

где М_и = 393,2 Н м - максимальный изгибающий момент (с суммарной эпюры);

W_x- момент сопротивления изгибу.

Находим коэффициент запаса прочности по касательным напряжением:

где T₂ = 599,3 Н м- крутящий момент на тихоходном валу;

W_p- момент сопротивления кручению, равный

;

Коэффициент запаса прочности будет равен:

13.2>2.5

Условие выполняется.

Расчёт на статическую прочность

Производится в целях предупреждения пластических деформаций.

12,8 МПа < 512 МПа

Условие выполняется.

6 ПОДБОР И ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Рисунок 6 - Шпоночное соединение

Подбор шпоночных соединений был выложен в процессе 1-го этапа эскизной компоновки. Все шпонки призматические (ГОСТ 233360-78). Эскиз шпоночного соединения показан на рисунке 6.

шпонка испытывает напряжение снятия боковых поверхностей ( ) и напряжение среза ( ), которые и необходимо рассчитать. Расчет носит проверочных характер.

Допускаемое значение напряжения снятия боковых поверхностей шпонки и допускаемое значение напряжения среза найдем по формуле [2, с.265];

где Т - крутящий момент на валу, Н мм;

d - диаметр вала, мм;

t₂ - глубина шпоночного паза ступицы, мм;

l­_p - рабочая длина шпонки, мм (за вычетом закруглений);

b - ширина шпонки, мм;

6.1 Выбор материала шпонок

Для всех шпонок выбираем качественную углеродистую сталь марки 40х.

Для шпонки из материала сталь 40х в соответствии при посадке с натягом

МПа;

МПа;

6.2 Расчет шпоночных соединений на быстроходном валу

Подбираем шпонку под шкив по диаметру вала d = 44 мм по ГОСТ 23360-78:

Шпонка 12х8х56 ГОСТ 23360-78

T = 159.3 Н м;

d = 44 мм;

b = 12 мм;

h = 8мм;

t₂ = 3.3 мм;

l_p = 44 мм;

МПа;

МПа;

Шпонка удовлетворяет проверочному расчету.

6.3 Расчет шпоночных соединений на тихоходном валу

Подбираем шпонки под колесо по диаметру вала d=90 мм по ГОСТ23360-78.

Шпонка 24х14х70 ГОСТ 23360-78;

T = 599,3 Н м;

d = 90 мм;

b = 14 мм;

h = 24 мм;

t₂ = 5,4 мм;

l_p = 50 мм;

МПа;

МПа;

Шпонка удовлетворяет проверочному расчету.

Подбираем шпонку под полумуфту по диаметру вала d=67 мм по ГОСТ 23360-78:

Шпонка 20х12х63

T = 599,3 Н м;

d = 67 мм;

b = 12 мм;

h = 20 мм;

t₂ = 4,9 мм;

l_p = 43 мм;

МПа;

МПа;

Шпонка удовлетворяет проверочному расчету.

6.4 Выбор посадок сопряженных деталей

Рисунок 6.2 - Посадка под колесо

Отверстие:

Вал:

Натяг:

Посадка цилиндрического колеса на вал с гарантированным натягом в системе отверстия.

Посадка внутреннего кольца подшипника на быстроходный вал

Рисунок 6.3 - Посадка внутреннего кольца подшипника на быстроходный вал

Отверстие:

Вал:

Натяг:

Посадка подшипника на быстроходный вал с гарантированным натягом в системе отверстия.

Посадка наружного кольца подшипника на быстроходный вал.

Рисунок 6.4 - Посадка наружного кольца подшипника на быстроходный вал

Отверстие:

Вал:

Зазор:

Посадка подшипника быстроходного вала в корпус с зазором в системе отверстия.

Посадка внутреннего кольца подшипника на тихоходный вал

Рисунок 6.5 - Посадка внутреннего кольца подшипника на тихоходный вал

Отверстие:

Вал:

Натяг:

Посадка подшипника на тихоходный вал с гарантированным натягом в системе отверстия.

Посадка наружного кольца подшипника на тихоходный вал

Рисунок 6.6 - Посадка наружного кольца подшипника на тихоходный вал

Отверстие:

Вал:

Натяг:

Посадка подшипника тихоходного вала в корпус с зазором в системе

отверстия.

7 ОПИСАНИЕ ПРИНЯТОЙ СИСТЕМЫ СМАЗКИ

7.1 Смазывание редуктора

Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшения износа , отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибрации.

Смазывание зубчатого зацепления.

-способ смазки

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием шестерни в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружения шестерни на всю длину зуба. Шестерня при вращении увлекает масло, разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса , откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей. Картерное смазывание применяют при окружной скорости зубчатых колес и червяков от 0,3 до 12,5 м/с.

Найдем окружную скорость цилиндрического колеса по формуле [2, c.255]:

где n - частота вращения быстроходного вала, n = 320 об/мин;

d - делительный диаметр цилиндрического колеса, d = 316 мм;

м/с;

-выбор сорта масла

Выбор сорта масла зависит от значения расчетного контактного напряжения в зубьях и фактической окружной скорости колеса

МПа;

м/с;

По таблице определяем сорт масла [2, табл. 10.29]:

И-Г-А-32 ГОСТ 17479.4-87

32 - класс вязкости;

И - индустриальное;

Г - для гидравлических систем;

А - масло без присадок;

- определение уровня масла

В цилиндрических редукторах должны быть полностью погружены в масляную ванну зубья колеса.

где m - модуль зацепления;

d - делительных диаметр цилиндрического колеса, d = 316 мм;

- контроль уровня масла:

Для наблюдения за уровнем масла, находящегося в корпусе редуктора выбираем жезловый маслоуказатель, так как он удобен для осмотра, его конструкция проста и достаточна надежна.

- слив масла:

При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей передач. С течением времени оно стареет, свойства его ухудшается. Поэтому масло, залитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этой цели в корпусе редуктора предусматривают сливное отверстие, закрываемое пробкой (цилиндрической резьбой).