4.9 Расчет подшипников качения

В основу расчета подшипников качения положены два критерия: по остаточным деформациям и усталостному выкрашиванию. При частоте вращения кольца n ≤ 10 об/мин критерием является остаточная деформация, и расчет выполняют по статической грузоподъемности C_or; при n>10 об/мин критерием является усталостное выкрашивание дорожек качения и расчет выполняют по динамической грузоподъемностиC_r. Суждение о пригодности подшипника выносится из сопоставления требуемой и базовой грузоподъемностей (C_тр≤С_r) или долговечностей (L_10h≥[L_10h]).

Последовательность расчета подшипников качения рассмотрим на примере промежуточного вала.

Частота вращения n₂ = 266,998 об/мин;

Базовая долговечность подшипника [L_10h] = 20000 ч;

Диметр посадочных поверхностей вала d_п = 35 мм;

Действующие силы:

радиальные:

F_r1 = R_A = 643,943 H; и F_r2 = R_Д = 2611,956 Н;

осевая:

F_a = 148,717 Н;

Учитывая диаметр посадочных поверхностей вала и характер действующей нагрузки, выбираем радиально – упорный шариковый подшипник 36208, для которого величины статической и динамической грузоподъемностей:

С_or = 17,8 кН; C_r = 30,8 кН;

Определим отношение:

По величине отношения из таблицы «Значение коэффициентов x, y, eрадиально-упорных подшипников качения» находим параметр осевого нагружения :

, (4.125)

.

Осевые составляющие от радиальных нагрузок находим по формулам:

, Н , (4.126)

,

, Н , (4.127)

.

Суммарные осевые нагрузки на подшипник:

т.к. , , то из таблицы «Осевые силы»следует

, Н , (4.128)

,

, Н, (4.129)

Для опоры, нагруженной большей осевой силой, определяем отношение:

По величине отношения из таблицы «Значение коэффициентов x, y, eрадиально-упорных подшипников качения» уточняем параметр осевого нагружения :

, (4.130)

.

Определяем отношение для правой, более нагруженной опоры:

где – коэффициент вращения внутреннего кольца подшипника равен единице.

Т.к. , то из таблицы «Значение коэффициентов x, y, eрадиально-упорных подшипников качения» выбираем значение коэффициентов радиальной и осевой нагрузки :

Эквивалентная динамическая нагрузка правой опоры , Н:

, (4.131)

где – коэффициент безопасности равен 1,3

– температурный коэффициент равен 1

.

, (4.132)

.

Т.к. рассчитанная (требуемая) долговечность больше базовой (32610,780>20000), то выбранный подшипник пригоден для данных условий работы.

4.10 Проверка прочности шпоночных и шлицевых соединений

4.10.1 Проверка прочности шпоночных соединений

Шкив, зубчатые колеса и муфту насаживают на валы редуктора и предохраняют их проворачивания призматическими шпонками.

Размеры шпонки из таблицы «Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)» для шкива ( ):

,

,

,

.

Размеры шпонки из таблицы «Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)» для шестерни на входном валу ( ):

,

,

,

.

Размеры шпонки из таблицы «Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)» для шестерни на промежуточном валу ( ):

,

,

,

.

Размеры шпонки из таблицы «Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)» для муфты ( ):

,

,

,

.

Рабочая длина шпонки для шкива , мм:

(4.133)

– длина ступицы,

.

Рабочая длина шпонки для шестерни на входном валу , мм:

, (4.134)

.

Рабочая длина шпонки для шестерни на промежуточном валу , мм:

, (4.135)

.

Рабочая длина шпонки для муфты , мм:

, (4.136)

.

Часть шпонки, выступающую из вала, проверяют по напряжениям смятия , МПа, для муфты:

, (4.137)

где – число шпонок,

.

Часть шпонки, выступающую из вала, проверяют по напряжениям смятия , МПа, для шкива по формуле (4.210):

Часть шпонки, выступающую из вала, проверяют по напряжениям смятия , МПа, для шестерни на входном валу по формуле (4.123):

Так как выполняется условие (4.211), то в месте соединения на входном и промежуточном валу применяется одна шпонка.

Во всех остальных случаях выполняется условие, по которому будут поставлены две шпонки:

, (4.138)

где – допускаемое напряжение смятия равное 70 МПа.

4.11 Выбор и расчет муфт

Муфты выбирают из стандартов или нормалей машиностроения в зависимости от расчетного вращающего момента и диаметров соединяемых валов.

Расчетный вращающий момент , Нм, находим по формуле:

(4.139)

где – коэффициент режима работы для привода от электродвигателя равен 1,5

Из таблицы «Муфты фланцевые (ГОСТ 20761-80)» выбираем муфту, при этом соблюдаем условие:

(4.140)

где – вращающий момент, передаваемый стандартной муфтой,

,

,

,

,

,

,

,

.

4.11.1 Расчет втулочно-пальцевой упругой муфты

Пальцы муфты проверяют на изгиб по сечению A - A

Условие прочности пальца на изгиб:

(4.141)

где –длина пальца, мм

– число пальцев

– диаметр пальца, мм

– допускаемое напряжение на изгиб для пальцев, МПа

Резиновая втулка проверяется на смятие:

4.12Определение марки масла для зубчатых передач и подшипников

Ориентировочного значение вязкости масла для смазывания зубчатых передач определяется в зависимости от фактора :

(4.142)

где – твердость по Виккерсу активных поверхностей зубьев шестерни равна 285 МПа и 238 МПа для тихоходной и быстроходной ступеней соответственно.

Для тихоходной ступени из формулы (4.128):

Для быстроходной ступени из формулы (4.128):

По значению для тихоходной ступени получаем вязкость равную 10010⁶, м²/с.

По значению для быстроходной ступени получаем вязкость равную 5010⁶, м²/с.

Т.к. редуктор имеет общую масляную ванну, то определяем среднее значение вязкости по формуле:

, (4.143)

.

Из таблицы «Нефтяные смазочные масла» выбираем по среднему значению вязкости марку масла И-70А.

4.13 Рекомендуемые посадки деталей

4.13.1 Посадки ступиц зубчатых колес на валы

Посадка ступицы прямозубого колеса при шлицевом соединении на валН7/n6.

Посадка ступицы косозубого колеса при шлицевом соединении на вал Н7/n6.

4.13.2 Посадка шкива ременной передачи на вал

Посадка шкива ременной передачи со шпонкой при умеренных толчках нагрузки на вал Н7/m6.

4.13.3 Посадки подшипников качения на вал

Посадка подшипников качения в корпус Н7/l0.

Посадка подшипников качения на вал L0/k6.

4.13.4 Посадка крышек подшипников корпус

Посадка глухой крышки в корпус Н7/d11.

Посадка проходной крышки в корпус Н7/h8.

4.13.5 Посадка разделительных колец на вал D9/k6.

Заключение

На основании произведенных расчетов выбран электродвигатель 4А112М4, определены передаточные отношения ременной и зубчатой передачU_р = 1,5, U_Б = 3,608, U_Т = 3,256, частоты вращения, мощности и вращающие моменты на валах редуктора n₁=693,333об/мин, n₂=266,998 об/мин, n₃=82,0018 об/мин, Р₁=4,256 кВт, Р₂=4,294 кВт, Р₃=4,166 кВт, Р_пв=4,125 кВт, Т₁=43,913 Н∙м, Т₂=153,796 Н∙м, Т₃=485,617 Н∙м, Т_пв=480,377 Н∙м.

Путем подбора диаметров шкивов, толщины ремня, получена долговечность ременной передачи 1931ч.

Используя недорогие, но достаточно прочные стали 40ХН, рассчитаны компактные зубчатые передачи, определены диаметры валов и сделаны проверки на прочность.

Разработана эскизная компоновка редуктора, позволившая принять окончательное решение о размерах деталей редуктора с учетом характера действующих в зацеплении сил и размеров валов, подобраны подшипники качения и проверены на долговечность 32610,780ч.

Для соединения редуктора с приёмным валом машины из стандартов выбрана муфта, и её отдельные элементы проверены на прочность.

Расчетным путём определена марка масла И –70Адля зубчатых колес и подшипников, установлен уровень масла 4 литра.

По размерам, полученным из расчетов, выполнены сборочный чертеж редуктора и рабочие чертежи деталей. Результаты проектирования можно использовать для создания опытного образца.

Библиографический список

1. Проектирование механического привода с цилиндрическим соосным редуктором. Методические указания к выполнению курсового проекта «Проектирование электромеханического привода. Расчет и конструирование цилиндрического соосного редуктора» / Здор Г. П. Бородин А. В. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2013. 46 с.

2. Дунаев П. Ф. Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие. Изд. 8-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2004.496с.

3. Проектирование механических передач. Методические указания к выполнению курсового проекта «Проектирование электромеханического привода. Расчет и конструирование ременных передач»/ Здор Г. П. Бородин А. В. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2013. 29 с.

55