3.4. Выбор способа соединения редуктора с барабаном и расчёт оси барабана

Соединение вала барабана с выходным валом редуктора может производиться при помощи зубчатых муфт, допускающих значительную несоосность соединяемых валов. Эти муфты характеризуются высокой надёжностью, но имеют большие габариты. Поэтому в современных конструкциях механизмов подъёма мостовых кранов для обеспечения компактности широко применяются специальное зубчатое соединение. В этом случае конец тихоходного вала редуктора выполняются в виде зубчатого венца, входящего в зацепление с другим венцом, укрепленным непосредственно на барабане. При таком соединении крутящий момент передаётся через болты, соединяющие венец-ступицу с обечайкой барабана, и следовательно, ось барабана работает только на изгиб, поскольку не передаёт крутящий момент.

Проверочный расчёт оси барабана на усталостную прочность производиться в следующем порядке:

- построение схемы загрузки вала;

- определение реакций опор;

- построение эпюры изгибающих моментов;

- определение опасных сечений;

- определение амплитудных значений в опасных сечений;

- определение диаметров валов в опасных сечениях;

- определение коэффициента снижения предела выносливости;

Для предварительного расчёта длину оси барабана можно принять равной l = L_б + (150…..200 ) мм. Нагрузка на барабан создаётся усилиями двух ветвей каната - 2 Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях от опор ( предварительно можно принять l₁= 120 мм, l₂ = 200 мм ), нагрузки на ступицы также не будут одинаковыми. С достаточной для предварительного расчёта точностью можно принять

T ₁= 0,55;T₂ = 0,45. (10)

Расчёт оси барабана сводится к определению диаметров правой ступицы () и цапфы (из условия работы оси на выносливость при симметричном цикле изменения напряжений.

= М / ( 10²W) ≤ [, МПа, (11)

где М – изгибающий момент в расчётном сечении, Нсм;

W – момент сопротивления расчётного сечения, см³;

[ -допускаемое напряжение на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений.

Материалом для оси барабана служит сталь 45 с пределом выносливости = 260 МПа. Допускаемое напряжения на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений можно определить по упрощённой формуле

[] =/ МПа (12)

где - коэффициент снижения предела выносливости с учётом влияния масштабного фактора, концентрации напряжений и состояния поверхностного слоя ( для осей и цапф можно принять

= 2,0……2,8 ).

n - допускаемый коэффициент запаса прочности (для лёгкого, среднего и тяжёлого режимов работы механизма подъёма соответственно 1,4; 1,6 и 1,7 соответственно).

Наибольший изгибающий момент в сечении под правой ступицей = R_B , Hсм ; наибольший момент для правой цапфы будет равен = R_B( l₂ –),Нсм,

где R_B – реакция опоры в правой цапфе;

l₂ - расстояние от опоры правой цапфы до середины ступицы;

= ( 1,5……2,0 ) (13)

- длина ступицы, см.

Моменты сопротивления сечений оси под ступицей и цапфой соответственно равны

= 0,1см³; = 0,1, см^3.. (14)

Подставляя данные значения в формулу ( 9 ) , находим диаметр оси под ступицей и диаметр цапфы

= , мм; = , мм; (15)

Аналогично можно определить и диаметр левой цапфы. Однако, в целях унификации подшипников она может быть принята равной диаметру правой цапфы. Окончательный диаметр цапф уточняется после выбора подшипников.