2.2.2.4.3 Проектирование планетарного одноступенчатого редуктора

Расчет зубчатых передач

Выбор термической обработки и материала зубчатых колес

Исходя из предельных размеров заготовки и полученной твердости зубьев, выбираем следующие материалы для зубчатых колес:

Солнце – сталь 40Х, термическая обработка – улучшение.

Сателлит – сталь 40Х, термическая обработка – улучшение.

Эпицикл – сталь 40Х, термическая обработка – улучшение.

Расчет предварительных значений диаметров валов

Предварительные значения диаметров округляются в ближайшую сторону до стандартных значений.

Быстроходный вал:

Диаметр концевого участка :

[6]

[6]

Принимаем

Диаметр участка под манжетное уплотнение:

[6]

Диаметр резьбы:

[6]

Принимаем резьбу М39;

Диаметр под подшипник:

Принимаем ближайшее диаметру резьбы, кратное 5 значение -

Диаметр упорного заплечика:

[6]

Принимаем:

Тихоходный вал:

Тихоходный вал выполнен совмещенный с водилом.

Диаметр концевого участка вала:

[6]

[6]

Принимаем

Диаметр под манжетное уплотнение:

[6]

Принимаем:

Выбор типа подшипников

Для опор валов редуктора используем шариковые радиальные однорядные подшипники.

Для опор сателлитов используем шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники.

Выбор схем установки подшипников

Подшипники быстроходного вала установлены врастяжку, для этого на наружном кольце они имеют канавку под пружинное кольцо.

Подшипники водила устанавливаются «враспор».

Конструирование зубчатых колес

При изготовлении деталей возникают погрешности, которые приводят к неравномерному нагружению потоков. Для компенсации этих погрешностей одно из центральных колес делают самоустанавливающимся (плавающим).

В данной конструкции, плавающее звено — центральная ведущая шестер­ня. В радиальном направлении эта шестерня самоустанавливается по сателлитам. В осевом направлении шестерню фиксируют с одной стороны торцом штыря запрессованного в водило, а с дру­гой — зубчатой муфтой (поз .4) с установленными в ней пружинными кольцами (поз. 42). Дели­тельный диаметр зубчатой муфты принимают для простоты изготовления, рав­ным диаметру d₁ центральной шестерни. Диаметр муфты , принимаем Ширина за­цепления , принимаем Толщина неподвижного колеса

где — ширина зубчатого венца неподвижного колеса (поз. 19). Таким образом

Для уменьшения концентрации нагрузки надо, чтобы сателлиты самоустанавливались по неподвижному центральному колесу. Для этого можно применять радиальные сферические шарикоподшипники.

Колесо внутреннего зацепления воспринимает значительный вращающий момент и должно быть прочно связано с корпусом. Для восприятия момента колесо приклеивается эпоксидным клеем ВК-9.

Расчет соединений

Шпоночные соединения Соединение призматической шпонкой. Основные зависимости Рабочая длинна шпонки где l и b – длинна и ширина шпонки соответственно. Требуется проверка шпонки на смятие [6] Где, - вращающий момент на валу; - средний диаметр конического конца вала; - допускаемое напряжение смятия; Расчет 1 Соединение быстроходный вал-полумуфта: Шпонка ГОСТ 23360-78 6x6x32. (стальная ступица); Тогда: [6] Очевидно, что условие не смятия шпонки выполняется.

2 Соединение тихоходный вал-полумуфта:

Шпонка ГОСТ 23360-78 12x8x63. (стальная ступица); Тогда: Очевидно, что условие не смятия шпонки выполняется.

Клеевые соединения

Крепление эпицикла к корпусу

_{Условие прочности соединения:} [6]

гдe -окружная сила в зацеплении сателлит-эпицикл, - ширина обода эпицикла, - диаметр обода. Допускаемое напряжение среза где для клея ВК-9, -коэффициент запаса. Таким образом:

Очевидно, что надежность соединения обеспечивается.

Подбор подшипников

Подшипники сателлитов

Подшипники сателлитов являются наиболее нагруженными -окружная сила (см. приложение 1.2); -эквивалентная радиальная сила для расчета подшипника при типовом переменном режиме нагружения, где - коэффициент эквивалентности. Тогда Требуемая радиальная динамическая грузоподъемность подшипников сателлитов: [6] -эквивалентная радиальная нагрузка. [6] Значения коэффициентов ( (вращается внешнее кольцо), , (t<100°C) ) принимаются по рекомендациям [1], стр. 166.

- требуемый ресурс подшипника при заданной надежности (см. приложение 1.2); и - относительная частота вращения и число зубьев центральной ведущей шестерни (см. приложение 1.2); - число зубьев сателлита; -коэффициент надежности (см. [1], табл. 7.7); - коэффициент условий применения (см. [1], стр. 253); - для шарикоподшипников сферических двухрядных (см. [1], стр. 253);

Таким образом, получаем:

Выбираем шариковый радиальный сферический двухрядный подшипник 1305. Параметры подшипника:

Подшипники быстроходного вала Расчетная схема Исходные данные для расчета: Длины участков вала: Моменты на валах редуктора: Делительный диаметр зубчатой муфты: Частота вращения вала: Определение реакций в опорах вала. Сила, действующая на вал со стороны зубчатого зацепления: Консольная сила от муфты на валу: Реакции в опорах определяем из уравнений статики: Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре, в нашем случае это опора 2: Определяем эквивалентную радиальную нагрузку: Определяя коэффициенты, так же как и в предыдущем пункте, получаем:

Задаемся подшипником:

Подшипник 208. Параметры подшипника: Определяем ресурс подшипника в часах: [6] Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка [6] Условие выполняется, следовательно, подшипник удовлетворяет поставленным требованиям.

Подшипники тихоходного вала (водила)

Расчетная схема

Исходные данные для расчета: Длины участков вала: Моменты на валах редуктора: Межосевое расстояние: Частота вращения вала: Определение реакций в опорах вала. Сила, действующая на вал со стороны зубчатого зацепления: [6] Консольная сила от муфты на валу: [6] Реакции в опорах определяем из уравнений статики:

Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре, в нашем случае это опора 1: Определяем эквивалентную радиальную нагрузку: Определяя коэффициенты, так же как и в предыдущем пункте, получаем:

Задаемся подшипником:

Подшипник 1000921. Параметры подшипника: Определяем ресурс подшипника в часах: [6] Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка Условие выполняется, следовательно, подшипник удовлетворяет поставленным требованиям.

Конструирование корпусных деталей и крышек подшипников

Корпус редуктора получают методом литья из серого чугуна СЧ15.

Толщина стенки, отвечающая требованиям технологии литья, необходимой прочности и жесткости

конструкции, вычисляется по формуле:

В нашем случае: принимаю

Конструкцию корпуса планетарного редуктора определяют расположенные в нем детали: центральное колесо, водило, сателлиты. Поэтому в поперечном сечении корпус очерчен рядом окружностей. Подъем и транспортировка собранного редуктора осуществляется за проушину в верхней части редуктора.

Крышка редуктора крепится к корпусу 6 болтами М12 с шестигранной головкой.

Крышки подшипников водила служат для закрепления наружных колец подшипников в осевом направлении. Крышки выполняются привертными, крепящимися к корпусу шестью болтами М10 с шестигранной головкой. Толщина стенок 12мм – обусловлена необходимостью установки манжетных уплотнений.

Крышка подшипника быстроходного вала крепиться к стакану 4 болтами М8 с шестигранной головкой.

Все крышки выполняются из чугуна марки СЧ15.

Расчет быстроходного вала на статическую прочность.

Вал изготовлен из стали марки 45 , со следующими характеристиками: временное сопротивление предел текучести предел текучести при кручении

Минимально допустимый запас прочности по пределу текучести

Определение внутренних силовых факторов

При составлении расчетной схемы учитываем, что условная шарнирная опора для радиального подшипника расположена в середине ширины подшипника.

Горизонтальная плоскость:

Вертикальная плоскость:

Реакции от консольной силы:

Консольная сила была определена при расчете подшипников

Эпюры внутренних силовых факторов приведены на рисунке, при этом крутящий момент численно равен вращающему:

Из рассмотрения эпюр внутренних силовых факторов и конструкции узла следует, что опасными являются сечения:

1 ,2 – места установки подшипников на вал диаметром 40мм: сечение нагружено изгибающим и крутящим моментом; концентратор напряжений – посадка внутреннего кольца подшипника на вал;

3 – место установки полумуфты на вал: сечение нагружено крутящим моментом, концентратор напряжений – шпонка призматическая по ГОСТ 23360-78 (b=6мм, h=6мм);

Определение силовых факторов для опасных сечений

Сечение 1

Изгибающие моменты:

- в плоскости XOZ

- в плоскости YOZ

Суммарный изгибающий момент:

Крутящий момент

Сечение 2

Изгибающий момент:

Крутящий момент

Сечение 3

Крутящий момент

Вычисление геометрических характеристик опасных сечений вала

Сечения 1,2

[6]

[6]

Сечение 3

[6]

Расчет вала на статическую прочность

Вычислим нормальные и касательные напряжения, а также значение общего коэффициента

запаса прочности по пределу текучести в каждом из опасных сечений вала.

Сечение 1

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием) и напряжения кручения :

[6]

где K_П=2.2 – коэффициент перегрузки.

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

[6]

Сечение 2

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием) и напряжения кручения :

[6]

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

[6]

[6]

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

[6]

Сечение 3

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием) и напряжения кручения :

[6]

Частный коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

[6]

Статическая прочность вала обеспечена: во всех опасных сечениях

Выбор смазочных материалов и системы смазывания.

Для уменьшения потерь мощности на трение, снижение интенсивности изнашивания трущихся поверхностей, их охлаждения и чистки от продуктов износа, а так же предохранения от заедания, коррозии должно быть предусмотрено надежное смазывание трущихся поверхностей.

Смазывание зубчатых передач

В редукторе применяется картерная система смазки. В корпус редуктора или коробки передач заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. Колеса при вращении увлекают 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.

Для смазывания редуктора выбираем масло по действующим контактным напряжениям (до 600МПа) и требуемой вязкости ( ) И-Г-А-32 ГОСТ 20799-88.

Смазывание подшипников

Подшипники смазываются тем же маслом, что и детали передач. Стекающее при разбрызгивании с

колес, водила и стенок корпуса масло попадает в подшипники.

Смазочные устройства

Для заливки масла, в верхней части редуктора предусмотрена пробка с цилиндрической резьбой и наружным шестигранником. На боковой поверхности редуктора предусмотрены отверстия для контроля уровня масла и его слива.

При длительной работе в связи с нагревом воздуха повышается давление внутри корпуса. При интенсивном тепловыделении это приводит к просачива­нию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого, внутренняя по­лость корпуса сообщена с внешней средой через отдушину в пробке для залива масла.

При работе передач продукты изнашивания постепенно загрязняют масло. Стечением времени оно стареет, свойства его ухудшаются. Браковочными при­знаками служат увеличенное кислотное число, повышенное содержание воды и наличие механических примесей. Поэтому масло, залитое в корпус редуктора или коробки передач, периодически меняют. Для замены масла в корпусе предусмотрено сливное отверстие, закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой .

Уплотнительные устройства

Уплотнительные устройства применяют для предохранения от вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, а также для защиты их от по­падания извне пыли и влаги.

В данной конструкции редуктора используются манжетные уплотнения, размеры которых определяются размерами валов.

Проектирование комбинированной муфты

Муфты служат для передачи вращающего момента между валами. В разрабатываемом приводе цепного

транспортера применена одна комбинированная муфта – между выходным валом редуктора и приводным валом.

Комбинированная муфта является объединением предохранительной муфты с компенсирующей.

Для приближенного расчета вращающего момента , нагружающего муфту в приводе используют зависимость:

Где - номинальный длительный действующий момент, K-коэффициент режима работы. При спокойной работе и небольших разгоняемых при пусках массах

Расчет компенсирующей составляющей муфты

В качестве компенсирующей возьмем упругую втулочно-пальцевую муфту.

Задавшись числом пальцев , стандартным значением диаметра пальца и ориентировочным значением диаметра расположения пальцев (выбирается из конструкционных особенностей), проверяем выполнение условия:

где - диаметр отверстия под упругий элемент.

Тогда: условие выполняется.

Проверяем на смятие упругие элементы муфты:

[6]

где -длинна упругого элемента (см. [2], стр. 293), -допускаемые напряжения.

Таким образом условие выполняется.

Пальцы муфты изготавливаются и стали 45 (предел текучести ) и рассчитываются на изгиб по формуле:

[6]

Допускаемые напряжения изгиба Зазор между полумуфтами

Таким образом условие выполняется.

Расчет предохранительной составляющей муфты

В качестве предохранительной возьмем муфту с разрушающимся элементом. Момент срабатывания муфты:

В конструкции муфты разрушающийся элемент представлен в виде штифта с канавкой, срезной диаметр которого определяется из условия срезания штифта при моменте Используются 2 штифта (z=2) расположенные диаметрально. Штифты изготовлены из стали 45. Задавшись из конструктивных соображений диаметром расположения штифтов, определяем срезной диаметр штифта:

[6]

где - предельные срезающие напряжения для материала штифта, - коэффициент неравномерности срабатывания.

Таким образом, выражая из этого равенства диаметр получаем:

[6]

Штифты размещены в закаленных до высокой твердости втулках, изготовленных из стали марки 40Х. В осевом направлении втулки фиксируются винтом М20, который стопориться напылением пластмассы.

Проектирование приводного вала

Приводной вал служит для передачи вращающего момента от редуктора на цепь транспортера.

Расчет подшипников приводного вала

Расчетная схема

Исходные данные для расчета: Длины участков вала: Окружная сила на 2-х звездочках: Частота вращения вала:

Момент на приводном валу: Определение реакций в опорах вала. Радиальная сила на 2-х звездочках : Консольная сила: Реакции в опорах определяем из уравнений статики:

Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре, в нашем случае это опора 2: Определяем эквивалентную радиальную нагрузку: [6] Определяя коэффициенты, так же как это делалось раньше:

Задаемся подшипником:

Подшипник 1210. Параметры подшипника: Определяем ресурс подшипника в часах: [6] Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка Условие выполняется, следовательно, подшипник удовлетворяет поставленным требованиям.

Подшипники устанавливаются в стандартные корпуса ШМ 90 ГОСТ 13218.1-80 и закрываются крышками МН 90Х50 ГОСТ 13219.1-81.

Проектирование звездочки цепной передачи

В приводе используется цепь М20-2-125-1 ГОСТ 588-74, для нее производиться расчет параметров звездочки с шагом и числом зубьев . Параметры цепи необходимые для расчета:

- расстояние между внутренними плоскостями пластин цепи;

- диаметр ролика цепи;

-ширина пластин цепи;

Расчет геометрических параметров звездочки:

Делительный диаметр: [6]

Диаметр окружности выступов:

Диаметр окружности впадин: где

Диаметр проточки:

Ширина зуба однорядной звездочки:

Фаска

Угол скоса

Длинна посадочного отверстия равна диаметру вала в месте посадки:

Диаметр ступицы:

Передача момента с вала на звездочку осуществляется посредством шпоночного соединения. В осевом направлении звездочка фиксируется шайбой входящей в поперечный паз шпонки.

Расчет соединений

Шпоночные соединения

Соединение призматической шпонкой. Основные зависимости Рабочая длинна шпонки где l и b – длинна и ширина шпонки соответственно. Требуется проверка шпонки на смятие [6] Где, - вращающий момент на валу; - диаметр цилиндрического конца вала или средний диаметр конического конца вала; - допускаемое напряжение смятия; Расчет 1 Соединение быстроходный вал-полумуфта: Шпонка ГОСТ 23360-78 12x8x52. (стальная ступица); Тогда: [6] Очевидно, что условие не смятия шпонки выполняется.