Выбор материалов деталей редуктора

Для изготовления корпуса используется чугун 12-28, для изготовления крышек – сталь 45. Для изготовления водил, муфт и осей сателлитов используется сталь 40Х.

Проектировочный расчет муфт

Из расчетных соображений принимаем диаметр упругой втулочно-пальцевой муфты D=140 мм при Т=250 Нм и L=165 мм (стр. 231, 232 [1]).

Внутренний диаметр зубчатой муфты d_m=70 мм, модуль m_М=3 мм, число зубьев Z_m=48, b_М=25 мм.

Так как для быстроходной ступени по табл. 13.2 [1] (при Т=128Нм) d=32мм, а диаметр вала электродвигателя равен 42 мм принимаю Т=250 Нм с размерами d=42 мм, D=140 мм. Т.е. муфта выбирается по ГОСТ 21424-75, исходя из диаметра вала электродвигателя и крутящего момента.

Проектирование установочной плиты

Выбор размеров осуществляем исходя из установочных и габаритных размеров двигателя, редуктора и муфты (рис. 5):

Рис. 5 Основные размеры установочной плиты

Длина плиты: L=l₁₀+l_б+l₃+(l₀-l₁₀)+l_р/2+2C₀+(812)=

=_{178+556+162+(225-178)/2+68/2+8+10=972 мм}

Высота плиты: Н=(0,12…0,15)L=0,12972 117 мм

В₁=b₁₀+b_э+2C₀+(810)=254+35+8+8=305 мм

В₂=b₁+b_p1+2C₀+(810)=178+82+8+10=278 мм

Внутренний диаметр болтов крепления плиты к фундаменту:

принимаем болты М27.

Расстояние между болтами 300…500 мм.

Проверочный расчет долговечности подшипников валов

1. В опоры входного вала устанавливаем радиальные шариковые однорядные подшипники 207 типа 0000 ГОСТ 8338-75 (динамическая грузоподъёмность с=19,7 кН).

Приведенная нагрузка:

где:

Х – коэффициент радиальной нагрузки (для шарикового радиального подшипника, Х=1 (табл. 10.1. [1])).

V – коэффициент вращения (относительно вектора радиальной нагрузки вращается внутреннее кольцо), V=1.

Y – коэффициент осевой нагрузки, Y=0 (табл. 10.1. [1])

F_a – осевая нагрузка, F_а=0

К_б – коэффициент безопасности, К_б=1,3

К_Т – температурный коэффициент, К_Т=1

Эквивалентная долговечность подшипника

Расчетная динамическая грузоподъёмность:

,

где:

С_расч не превышает справочной величины С=19700 Н следовательно подшипник сохранит свою работоспособность в течении всего срока службы редуктора.

2. В опоры выходного вала устанавливаются: радиальный шариковый однорядный подшипник 120 (С=41,5 кН) и радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами 42215 (С=74 кН) типа 2000 ГОСТ 8338-75. Более нагруженным является подшипник 42215. Проводится проверка этого подшипника:

Эквивалентная долговечность подшипника

Расчетная динамическая грузоподъёмность

Следовательно, работоспособность подшипника будет обеспечена в течении всего срока работы редуктора.

ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ И ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ВАЛОВ

I. Входной вал - шестерня (колесо а₂)

1. Проектировочный расчёт вала.

d_ka2=17 , где:

T - крутящий момент, передаваемый валом;

d_ka2=17 =27,6 мм, принимаем d_ka2=32 мм.

[t]=(0,025¼0,03)_В, для стали 18ХГТ _В =1000 МПа

Для соединения входного вала редуктора с валом электродвигателя используем упругую втулочно-пальцевую муфту по ГОСТ 21424-75 с основными параметрами:

D_m=100 мм; Т_м=250 Н×м; n=3800 мин^-1. При работе муфты в условиях смещения валов возникает радиальное усилие, нагружающее вал.

F_t=2T_a/D_m=2×107/0,1=2140 H

F_r=(0,1¼0,3)×F_t

F_r=0,3×2140=642 H

Опоры колеса а₂ воспринимают силу:

F_{оп а}=2T_a(W-1)n/(d_w)_a×сos(a_w)×(n_w-1)

где: n=0,8 коэффициент, учитывающий влияние сочетания погрешностей изготовления и монтажа.

F_{оп а2}=2×107×(1,03-1)×0,8/(0,04375×сos20⁰×(3-1))=62,4 Н

Проверку на прочность осуществляется в соответствии с расчётной схемой, F_{оп а2} в расчётах учитывается.

Рис. 2. Расчетная схема проверочного расчета вала быстроходной ступени

Определяем реакции в опорах:

åМ_в=0; F_r×0,028-R_с×0,06-F_оп.а×0,1=0

R_c=(F_r×0.028-F_on.a×0.1)/0.06=(642×0.028-62,4×0.1)/0.06=196 H

åМ_c=0; F_r×0,088-R_b×0,06-F_on.a×0,04=0

R_b=F_r×0.088-F_on.a*0.04/0.06=(642×0.088-62,4×0.04)/0.06=900 H

Из рисунка видно, что опасное сечение в опоре В: здесь действует максимальный крутящий момент, кроме того здесь действуют концентраторы напряжений: проточка для фиксирующего подшипник кольца и посадка с гарантированным натягом, а также крутящий момент.

Напряжение в опасном сечении от действия момента М=17,98 Нм и Т=107 Н×м. Напряжение s_м=0 т.к. осевая сила очень мала и ею пренебрегаем, поэтому R=-1.

s_а=M/W=32M/Пd³=32×17,98/(3,14×(0,032)³)=5,59 МПа

Касательные: t_а=t_м=16Т_a2/2Пd³=16×107/2×3,14×(0,032)³=8,32 МПа при R=0.

Для стали 18ХГТ величина временного сопротивления s_В=1000 МПа, величина предела текучести s_Т=800 МПа.

Усталостные характеристики (при R=-1)

s_-1=0.43s_В; s_-1=0.43×1000=430 МПа,

t_-1=0.6s_-1; t_-1=0.6×430=258 МПа.

2. Определение коэффициентов перехода от предела выносливости образца к пределу выносливости детали.

Коэффициенты влияния абсолютных размеров (рис. 4.10 [2]) при d=32 мм; 0,78;

Коэффициенты шероховатости: ;

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений для концентратора в виде посадки с гарантированным натягом (табл. 4.2 [2])

Коэффициент упрочнения (табл. 4.4 [2]);

Коэффициенты перехода:

3. Определение коэффициентов долговечности:

где: m – показатель степени наклона по кривой выносливости, примерно m=9.

Эквивалентное число циклов по гистограмме на рис. 1.

- базовое число циклов

принимаем

4. Определение коэффициента запаса прочности.

Принимаю ([1], стр. 11)

Коэффициент запаса прочности S=10,2, т.е. прочность входного вала в рассматриваемой конструкции обеспечивается.

S>[S]=1,6…2,0

II. Тихоходный вал (водило ).

1. Проектировочный диаметр вала.

для стали 18ХГТ =1000 МПа (табл. 2.2. [1])

принимаем

Для соединения входного вала редуктора с исполнительным механизмом используем зубчатую муфту по ОСТ 928764-76 (табл.13.1[1]) с основными параметрами:

Неуравновешенная радиальная сила, возникающая при работе муфты в условиях смещений соединительных валов , вызванный теми же причинами

Опоры водила тихоходной ступени воспринимают силу:

Проверку на прочность вала осуществляем по расчетной схеме на рис. 3.

Рис. 3 Расчетная схема проверочного расчета вала тихоходной ступени

Определяем реакции в опорах:

Здесь самое опасное сечение в точке С. В точке С: Т=2000 Н×м и действуют концентраторы напряжений (посадка с натягом).

Механические характеристики стали 18ХГТ:

(табл. 2.2.[1]);

Усталостные характеристики (при R=-1)

Коэффициент влияния абсолютных размеров (рис. 4.10[2]).

(d=70 мм)

Коэффициент шероховатости (табл. 4.3 [2])

При R_a=1.25

Расчет производим для эффективного значения коэффициента концентрации напряжений в виде посадки с гарантированным натягом (табл. 4.2. [ ]).

Коэффициент упрочнения К_у=1,2.

Коэффициент перехода от предела выносливости образца к пределу выносливости детали.

3. Расчет коэффициента долговечности.

Эквивалентное число циклов:

K_cs=1.