12.3.1 Трансмиссионный вал
Длина вала составляет 3,2 м и установим вместо сплошного вала полый, переход к которому осуществим исходя из условий равнопрочности и равножёсткости валов. Это позволит получить меньшую массу вала, а, следовательно, и меньший прогиб под тяжестью собственного веса. Вал работает только на кручение.
Диаметр сплошного вала по условию прочности:
|
Dспл ≥ 3 |
16 T |
, |
(12.11) |
|
|
|
|
π [τ] |
|
где T |
- крутящий момент, передаваемый валом, Нмм; |
[τ] |
- допускаемое напряжение, Н/мм2; 20 Н/мм2 |
для трансмиссион- |
|
ных валов [6]. |
|
T = М2вых ,
где Мвых - допустимый крутящий момент на выходном валу мотор-
редуктора, Нмм; 450 103 Нмм.
|
T |
= |
450 10 |
3 |
= 225 10 |
3 |
(Нмм). |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dспл ≥ 3 |
16 |
225 10 |
3 |
|
|
|
= 43,8(мм). |
|
|
|
|
|
|
|
3,14 20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр сплошного вала по условию жёсткости [9] |
|
|
|
|
|
|
Dспл ≥ |
4 |
|
32 T l |
|
, |
|
|
|
|
|
(12.12) |
|
|
|
|
|
G π [ϕ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где l |
- длина вала, мм; 3200 м; |
|
|
|
|
|
|
|
G |
- модуль упругости второго рода, Н/мм2; 8,1 104 Н/мм2; |
|
[ϕ] |
- допустимый угол закручивания на 1 м длины, град.; |
0,250 при |
|
переменных нагрузках [6]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Dспл ≥ |
|
|
|
32 225 103 3200 |
|
|
|
|
|
= 67,51(мм). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,14 |
|
|
|
|
4 |
|
|
8,1 104 3,14 |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
По ГОСТ 6636-89 принимаем диаметр сплошного вала 70мм. Осуществим переход от сплошного сечения вала к полому исходя из
условия равнопрочности с коэффициентом |
α = 0,6 [9] |
|
|
Dспл |
|
|
|
|
|
|
|
= 3 |
1−α4 |
, |
(12.13) |
|
Dпол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dпол |
= |
|
|
Dспл |
|
, |
|
(12.14) |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1−α4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dпол = |
|
70 |
|
= 73,7(мм). |
|
|
|
|
|
|
1−0,64 |
|
3 |
|
|
Диаметр полого вала из условия равножёсткости [9]
D |
4 |
|
|
D |
|
4 |
(1−α4 ) |
= Const, |
|
|
спл |
= |
|
|
|
|
пол |
|
|
|
|
|
|
|
(12.15) |
|
l |
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dпол |
= |
|
Dспл |
|
, |
|
(12.16) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 1−α4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dпол |
= |
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
= 72,5(мм). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1−0,64 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По ГОСТ 8734-75 выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу (см. таблицу 12.3).
|
Геометрические характеристики полого вала |
Таблица 12.3 |
|
|
|
|
Наружный диа- |
Толщина стенки s , |
Внутренний диа- |
|
α = |
d |
метр D , мм |
мм |
метр d , мм |
|
D |
|
75 |
12 |
51 |
|
0,68 |
|
Для возможности соединения трансмиссии с муфтами, к концам полого вала приварены валы-цапфы.
Рассчитаем на прочность сварной шов. Напряжение в шве от крутящего момента
τ T = |
Т |
≈ |
2 |
Т |
|
≤[τ], |
(12.17) |
|
0,7 k |
π d |
2 |
|
Wp |
|
|
|
где k - катет сварного шва, мм;
[τ]- допускаемое касательное напряжение, МПа.
В уравнении принято, что катет k шва мал в сравнении с d. При этом можно считать, что напряжения τT распределены равномерно по кольцевой
площадке разрушения шва, равной 0,7kπdcp, а средний диаметр этой площадки:
|
dcр |
= d + 0.7k ≈ d. |
|
(12.18) |
|
[τ] = 0,6 [σ p ], |
|
(12.19) |
|
где S - коэффициент запаса; 1,4… 1,6 . |
|
|
|
[τ] = 0,6 280 |
=105(МПа). |
|
|
|
|
1,6 |
2 |
|
|
|
|
k |
≥ |
|
Т |
. |
(12.20) |
|
0,7 [τ |
] π d 2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 225 103 |
k ≥ |
|
|
|
≥ 0,75(мм). |
0,7 |
105 3,14 |
2 |
|
51 |
12. 3. 2. Вал под колесом
Вал испытывает деформации от кручения и от изгиба. Рассчитаем диаметр вала по III теории прочности.
Исходные данные для расчёта: Ру =120000Н, Рх = 9000Н - наибольшие
реакции, возникающие в месте соединения рамы и колеса (определены с помощью программного пакета MSC Nastran); Т = 225Нм (см. рисунок 12.5).
Реакции опор в плоскости ХZ |
|
|
|
|
Рх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rх1 |
= Rх2 |
= |
|
, |
|
(12.21) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рх |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
R |
х1 |
= R |
х |
2 |
= |
|
= 9000 |
|
= 4500(Н). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Реакции опор в плоскости YZ |
|
|
|
Ру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rу1 = Rу2 |
= |
|
, |
|
(12.22) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ру |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
R |
у1 |
= R |
у2 |
= |
|
|
= |
120000 |
= 60000( |
Н). |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарные реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F1 |
= F2 |
= |
|
|
Rx21 + Ry21 |
, |
|
(12.23) |
F = F = |
R2 |
+ R2 |
= |
45002 + 600002 |
|
= 60168,5(Н). |
1 |
2 |
x1 |
y1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изгибающие моменты |
|
|
|
|
|
МиХ = Rу1 l, |
(12.24) |
МиХ = 60000 0,12 = 7200(Нм).
|
|
|
|
|
МиУ |
= Rх1 l, |
(12.25) |
МиY |
= 4500 0,12 = 540(Нм). |
|
Суммарный изгибающий момент |
|
Мизг = |
МиХ2 + Ми2Y |
, |
(12.26) |
Мизг = 
72002 +5402 = 7220,2(Нм).
Суммарный максимальный момент, действующий на вал по III теории прочности
М III = |
МизгХ2 +Т 2 |
, |
(12.27) |
М III = 
МизгХ2 +Т 2 = 
7220,22 + 2252 = 7223,7(Нм).
Рис. 12.5. Расчётная схема вала
Диаметр вала
|
|
D ≥ |
3 |
|
32 М III |
|
, |
|
(12.28) |
|
|
|
π [σ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где [σ] = (0,6...0,8)σТ [6]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[σ] = 0,8 280 = 224(Н / мм2 ). |
|
|
Dспл |
≥ 3 |
32 |
|
7204 10 |
3 |
= 68,95(мм). |
(12.29) |
|
3,14 |
0,8 280 |
|
|
|
|
|
По ГОСТ 6636-75 принимаем диаметр вала под колесом 70мм, диаметр вала под подшипниками 65мм, диаметр вала для соединения с муфтой 45мм.
Рабочий чертёж вала показан на рис.12.6.
215
Рис. 12.6. Чертёж вала под колесом
|
12.4. Выбор подшипников и расчёт их долговечности |
|
Из |
предыдущих |
расчётов |
известно: |
Rх1 = Rх2 = 4500 |
Н; |
Rу1 = Rу2 = 60000Н; F1 = F2 |
= 60168,5 Н. |
|
|
|
Применим в конструкции радиальные роликовые подшипники качения с короткими цилиндрическими роликами по ГОСТ 8328-75 (см. таблицу 12.4).
|
|
Характеристика подшипника качения 92313 |
|
Таблица 12.4 |
|
|
|
|
|
|
Обозначение подшипника |
Серия диаметров |
ширинСерия |
d, |
D, |
B, |
C, |
C0, |
Ролики, |
|
,Массакг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
мм |
мм |
мм |
кН |
кН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dт=l |
|
Z |
|
|
|
92313 |
3 |
0 |
65 |
140 |
33 |
105 |
80,4 |
19 |
|
14 |
|
2,6 |
|
средняя |
узкая |
|
|
|
Инженерный расчет подшипников качения базируется на двух критери-
ях:
-расчет на статическую грузоподъемностьпо остаточным деформациям;
-расчет наpeсypc (долговечность) по усталостному выкрашиванию. Эквивалентная нагрузка для однорядных и двухрядных подшипников с
короткими цилиндрическими роликами [6] |
(12.30) |
РЭ =V Fr Кб КТ , |
где V - коэффициент, учитывающий вращение колец; 1 при вращении
внутреннего кольца подшипника [6];
Кб - коэффициент безопасности; 1,3…1,5 для букс рельсового по-
движного состава [3];
КТ - температурный коэффициент; 1 при рабочей температуре под-
шипника до 100 0С [19]. ля одного подшипника
РЭ =1 601682 ,5 1,5 1= 45126,4(Н).
Расчетная долговечность подшипника [6]
где т=3,33 для роликовых подшипников [6].
L= 105 103 3,33 =16,7(млн.об).
45126,4
Расчетная долговечность в часах [6]
Lh = |
L |
10 |
6 |
, |
(12.32) |
60 |
n |
|
|
|
|
|
Lh = 16,7 106 =15549(ч). 60 17,9
Фактическое время работы трансбордера
Lф = Ф 365 24 k сут k год, |
(4.33) |
где Ф - срок службы трансбордера, лет; 5 лет;
k сут - суточный коэффициент использования машины; 0,4; k год - годовой коэффициент использования машины; 0,8.
Lф = 5 365 24 0,4 0,8 =14016(ч).
12.5. Проверка прочности шпоночных соединений
Используем в конструкции шпонки призматические со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок - Сталь 45 нормализованная.
|
Геометрические параметры шпонок |
Таблица 12.5 |
|
|
|
Диаметр |
Ширина |
Высота |
Длина шпон- |
Глубина па- |
|
вала |
шпонки |
шпонки |
ки |
за |
|
d, мм |
b, мм |
h, мм |
l, мм |
t1, мм |
|
45 |
14 |
9 |
80 |
5,5 |
|
70 |
20 |
12 |
56 |
4,9 |
|
Напряжения смятия и условие прочности определяются по формуле:
σсмmax ≈ |
|
2 T |
|
|
≤ [σсм ], |
(12.34) |
|
d (h −t1 ) (l |
−b) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где [σсм ]- допускаемые напряжения смятия при стальной ступице; |
|
100 …120 МПа [6]. |
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
2 225 103 |
|
|
|
= 43,3МПа, |
|
σСМ |
≈ |
|
|
45 (9 −5,5) (80−14) |
|
max |
|
|
|
|
2 225 103 |
|
|
|
|
= 25,2МПа. |
|
σСМ |
≈ |
|
|
|
70 |
(12− 4,9) (56− 20) |
|
12.6. Выбор муфт
Для передачи крутящего момента используем муфты упругие втулочнопальцевые(МУВП).Муфты стандартизированы ГОСТ 21424-93.
Упругими элементами здесь служат гофрированные резиновые втулки или кольца трапецеидального сечения. Конструкция муфты компенсирует несоосности валов в пределах радиального смещения 0,3. . .0,6 мм; и угла перекоса до 10.
Материал полумуфт – чугун не ниже марки СЧ 20, пальцев – сталь не ниже марки 45. Параметры муфты приведены в табл. 12.6.
Для проверки прочности рассчитавают пальцы на изгиб, а резину – по напряжениям смятия на поверхности соприкасания втулок с пальцами. При
этом полагают, что все пальцы нагружены одинаково, а напряжения смятия определяют по формуле
|
|
|
|
|
σсм |
= |
|
2 Т К |
|
|
|
≤ [σсм ], |
|
|
|
(12.35) |
|
|
|
|
|
d |
1 |
l z D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где К – коэффициент запаса; К=1,3 [19]; |
|
|
|
|
|
[σсм ] – допускаемое напряжение смятия; 5 МПапри сжатии и |
|
|
|
ударных нагрузках [6]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σ |
см |
= |
2 225 103 |
1,3 |
= 4,02( |
МПа). |
|
|
|
|
|
|
|
14 10 8 130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры муфты МУВП 250-45-1-У3 |
Таблица 12.6 |
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр |
|
Диа- |
Длина |
|
|
|
Дли- |
|
Диаметр, |
|
Диа- |
Длина |
Число |
|
посадоч- |
|
метр |
|
|
|
|
на |
|
на кото- |
|
метр |
резино- |
Т, |
|
полу- |
|
|
|
|
|
ром уста- |
|
паль- |
ного от- |
|
флан- |
|
|
|
муф- |
|
|
паль- |
вых |
Нм |
верстия |
|
ца |
муфты |
|
|
ты |
|
новлены |
|
цев |
втулок |
цев |
|
d мм |
|
D, мм |
l,мм |
|
|
|
L,мм |
|
пальцы |
|
d1 ,мм |
lв, мм |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D1, мм |
|
|
|
|
500 |
45 |
|
170 |
110 |
|
|
|
225 |
|
|
|
|
130 |
|
14 |
10 |
8 |
12.7. Выбор колёс
Ходовую часть трансбордера выполним из серийно выпускаемых крановых двухребордных колёс типа К2Р по ГОСТ 28648-90 с учётом допускаемой нагрузки (см. табл. 10.6).
Заготовки крановых колес изготавливаются методом штамповки или свободной ковки, сталь 65Г, 40 (ГОСТ 14959-79, ГОСТ 1050-88), а также методом литья из стали 35ГЛ, 40Л.
После проведения предварительной механической обработки рабочие поверхности колеса кранового подвергаются технологическому процессу термообработкисорбитизации до твёрдости 300...390НВ.
Колесо крановое используется в козловых, мостовых и башенных кранах. Крановые колеса являются основными деталями, которые подвержены быстрому износу в процессе интенсивной эксплуатации. Подлежат замене при износе беговой дорожки более 1%. Геометрические характеристики выбранного колеса приведены в табл. 12.7.
|
|
Геометрические характеристики колеса |
Таблица 12.7 |
|
|
|
|
Наименование |
D, мм |
d, мм |
B1, мм |
В2, мм |
В3, мм |
|
колеса |
|
|
|
|
|
|
|
К2Р 320х80 |
320 |
70 |
120 |
110 |
80 |
12.8. Защита и смазка подшипниковых узлов
Смазка покупного мотор-редуктора выполняется в соответствии с его паспортом, в котором указан тип заливаемого масла и периодичность замены.
Защита подшипниковых узлов ходовых колёс выполнена со стандартным манжетным уплотнением. Тип смазки указан на общем вида трансбордера (см. рис. 12.3). Ввод смазки выполняется через пресс-маслёнки, установленные в крышках подшипников (см. рис. 12.4 вид Б).
12.9. Конструирование, сборка и регулировка трансбордера
Расчёт и конструирование отдельных узлов трансбордера описаны выше. На верхней плоскости несущей рамы крепятся два железнодорожных типовых рельса с размером колеи 1520 мм. Крепление рельсов к раме принято типовым и показано на рис. 12.4 вид А и вид Д. Восемь опорных ходовых колёс установлены в подшипниках качения. Корпусы подшипников опираются через резиновые прокладки на нижнюю плоскость несущей рамы. Фиксация корпусов подшипников поз. 5 выполняется с помощью стандартных уголков, которые привариваются на сборке к поперечным балкам несущей рамы (см. рис. 12.4 вид Б). Принятое крепление в принципе аналогично буксовому подвешиванию грузового вагона. Резиновые прокладки поз. 4 компенсируют погрешности монтажа рельсового пути перемещения трансбордера и неточности изготовления. Требуемый осевой люфт подшипников качения выполняется на приводных колёсах с помощью регулировочных гаек поз 13. Из восьми ходовых колёс только два выполнены приводными. Запаса по трению вполне достаточно для перемещения трансбордера. Привод вращения ходовых колёс (мотор-редуктор) крепится к поперечной балке несущей рамы болтовым соединением. Принятые в проекте упругие соединительные муфты на концах трансмиссионных валов компенсируют неточности изготовления несущей рамы трансбордера и сглаживают инерционные моменты при пуске и остановке трансбордера.
12.10. Электрическое обеспечение работы трансбордера
Разработка электрической схемы управления работой трансбордера не входит в объём курсового проекта. Для точных остановок трансбордера выбран мотор-редуктор со встроенным тормозом. Сигнал на остановку предусматривается от бесконтактных путевых датчиков с возможностью регулировки их положения в процессе наладочных работ. В качестве задания на разработку электрической схемы управления на рис. 12.7 представлена рекомедуемая схема автоматизации работы трансбордера. Питание мотор-редуктора предусматривается гибким кабелем от цехового источника.
Рис. 12.7. Рекомендуемая электрическая схема автоматизации работы трансбордера
221
