2.10 Первая эскизная разработка чертежа узла редуктора

2.10.1 Компоновку проводим в два этапа.

Первую эскизную разработку выполняем для приближенного определения положения зубчатых колес и шкива относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.

Компоновочный чертеж выполняем в одной проекции – разрез по осям валов при снятой крышке редуктора; масштаб 1:1,чертить тонкими линиями.

Примерно по середине листа параллельно его длинной стороне проводим горизонтальную осевую линию, затем две вертикальные линии-оси валов на расстоянии, а_ω = 125 мм.

Вычерчиваем упрощенно шестерню и колесо в виде прямоугольников; шестерня выполнена за одно целое с валом; длина ступицы колеса больше ширине венца и выступает за пределы прямоугольника.

Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса:

а) Принимаем зазор между торцом шестерни и внутренней стенки корпуса

А₁ = 1,2∙8 = 9,6 мм

При наличии ступицы зазор берётся от торца ступицы

б) Принимаем зазор от окружности вершин зубьев колеса до внутренней

стенки корпуса А = 8 мм

в) принимаем расстояние между наружным диаметром подшипника ведущего вала и внутренней стенкой корпуса: А = 8 мм, если диаметр окружности вершин зубьев шестерни окажется больше наружного диаметра подшипника то расстояние А надо брать от этого диаметра.

2.10.2 Предварительно намечаем радиальные шарикоподшипники легкой серии:

Габариты подшипников выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников d_п1 = 45 мм и d_п2 = 50 мм.

По таблице К.27/6/ принимаем подшипники

Условные обозначения подшипника	d1,мм	D1,мм	B,мм	Динамическая грузоподъемность. Сr.кН	Статическая грузоподъёмность. Со,кН
209	45	85	19	33,2	18,6
210	50	90	20	35,1	19,8

2.10.3 Решаем вопрос о смазыванию подшипников так как редуктор по

кинематической схеме находится за ременной передачи, то частота вращения его валов относительно невелика, поэтому для смазывание подшипников из масленой ванны редуктора, которая попадает в подшипниковые гнезда при его разбрызгивание вращающими колесами. Для предотвращения вытекание смазки устанавливаем мазе удерживающие кольца.

2.10.4 Измерение находим расстояние на ведущем валу l₁ = 64 мм ; на ведомом

валу l₂ = 63 мм. Окончательно примем l₁ = l₂ = 64 мм.

Глубина гнезда подшипника l_г≈1,5B

Для подшипника 210

l_г = 1,5∙20 = 30 мм.

2.10.5 Для редуктора примем врезные крышки. Размеры крышек по рекомендациям таблица К.18/6/ , в зависимости от размеров подшипников h = 16 мм.

Зазор между ступицей шкива ременной передачи и крышкой подшипника примем 10 мм.

Зазор между цилиндром полумуфты МУВП и крышкой подшипника примем 10 мм.

L_цил = 82 мм

Измерением устанавливаем l₃ = 66 мм ; l₄ = 119 мм.

2.11 Подбор муфты и её проверочный расчет.

2.11.1.Между ведомым валом редуктора и валом рабочей машины присутствует

соединительная муфта.

Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую (МУВП) которое получила

широкое распространение благодаря относительной простате конструкции и

удобству замены упругих элементов.

Стандартные размеры муфты подбираем на вращательном моменту М₂=307,5 Н∙м (таблица К.21/6/ ; К.22/6/)

Для диаметра выходного конца тихоходного вала d_B2 = 42 мм

Подбираем муфту МУВП 500-42-I,II-У3 ГОСТ 21425-93

- передаваемый вращательный момент 500 Н∙м > заданного

- угловая скорость 380 рад/с > заданного

- диапазон отверстий под вал 42 мм

- длина цилиндра полумуфты l_цил = 82 мм

- диаметр пальца d_п=18 мм

- длина втулки l_вт = 36 мм

- количество пальцев z = 6

- диаметр втулки d₀ = 36 мм

- наружный диаметр муфты D = 170 мм

- диаметр расположение пальцев D₀ = D-(1,5…1,6)d₀ = 116 мм

- смещение осей и валов Δ_r = 0,3 мм ; Δɣ = 1^◦

- материал муфты – чугун С421 - 40 материал пальцев сталь – 45.

2.11.2 Упругие элементы муфты проверяем на напряжением смятия (предполагаем, что нагрузка равномерна, распределена между пальцами)

σ_см = (2∙M_расч) /z D₀d_пl_вт ≤ [σ_cм] (23/5/)

где М_расч = К∙М₂

К – коэффициент режима работы муфты

К = 1,25…1,5 (таблица 10.26/4/)

[σ_cм] – допускаемое напряжение смятия

[σ_cм] = 2…4 (Н/мм²)

σ_см = (2∙1,5∙307,5∙10³)/ 6∙116∙18∙36 = 2,05 Н/мм²

Условие прочности выполняется.

2.11.3 Пальцы муфты рассчитываем на изгиб

σ_н = 2∙М_расч∙(0,5l_вт+с) / z∙D₀∙0,1∙d_п³ ≤ [σ_н]

где с – зазор между полумуфтами

с = 3…5 мм.

[σ_н] – допускаемое напряжение изгиба = 120 Н/мм²

σ_н = 2∙1,5∙307,5∙10³∙(0,5∙36+3) /6∙116∙0,1∙18³ = 47,73 Н/мм²

Условие прочности выполняется.

2.11.4 Определение радиальной силы действующий на вал

F_м=С_Δr Δ_r (17.2/3/)

Где С_Δr – радиальная жесткость муфты (таблица 10.27/6/)

Δ_r – радиальное смещение

F_м = 5400∙0,3 = 1620 Н

2.12 Подбор подшипников для валов редуктора.

2.12.1 Ведущий вал (см. схему №1)

Из предыдущих расчетов имеем:

F_t1 = 3831, 77 H; F_r1 = 1394,77 H ; F_B = 802,15 H

Из первого этапа компоновки

l₁ = l₂ = 64 мм; l₃ = 66 мм

2.12.2Определение реакции опор:

- в горизонтальной плоскости

ΣМ₁ = 0; F_t1∙l₁-R_x2∙2l₁ = 0

R_x2 = F_t∙l₁/2l₁ = 3831,77∙64/2∙64 = 1915,885 H

ΣM₂ = 0; R_x1∙2l₁-F_t∙l₁ = 0

R_x1 = F_t∙l₁/2l₁ = 3831,77∙64/2∙64 = 1915,885 H

Проверка

Σx = 0; R_x1-F_t+R_x2 = 0

1915,885-3831, 77+1915,885 = 0

-в вертикальной плоскости

ΣМ₁ = 0; F_B∙b₃+F_r∙l₁+R_y2∙2l₁ = 0

R_y2 = -(F_B∙l₃+F_r∙l₁/2l₁) = -(802,15∙33+1394,77∙64/2∙64) = -1111

ΣM₂ = 0; F_B∙(l₃+2l₁)+R_y1∙2l₁-F_r∙l₁ = 0

R_y1 = -F_b∙(l₃+2l₁)+F_r∙l₁/2l₁ = -802,15∙(66+2∙64)+1394,77∙64/2∙64 = -518,375

Σ y=0

F_B-R_y1-F_r+R_y2=0

2.12.3 Построение эпюр изгибающих моментов

- относительно оси y

M_yA = 0; M_y1 = 0

M_y3 = R_x1∙l₁ = = 122,62 Н∙м

M_y2 = R_x1∙2l₁-F_t∙l₁ = 1915,885∙2∙0,064-3831,77∙0,064 = 0

- относительно оси x

М_xА = 0;

М_х1 = F_B∙l₃ = 802,15∙0,066 = 52,9419 Н∙м

M_x3 = F_B∙ (l₃+l₁)-R_y1∙l₁ = 71, 1035 Н∙м

M_x2 = F_B∙ (l₃+2l₁)-R_y1∙2l₁-F_r∙l₁

M_x2 = 802, 15∙ (0,066+2∙0,064)-518,375∙2∙0,064-1394, 77∙0,064 = 0

2.12.4 Построение эпюры вращающих моментов

Передача вращающего момента происходит вдоль оси вала от середины

ступицы шкива до середине ступицы колеса.

2.12.5 Определение суммарных реакции опор

Подбираем подшипники по более нагруженной опоре.

Проверяем возможности установки ранее принятого подшипника:

Шарикового, радиального легкой серии 209 по ГОСТ 8338-75.

В соответствии с условиями работы подшипника принимаем коэффициенты:

V- Коэффициент учитывающий вращение колец

V = 1 (вращается внутреннее кольцо подшипника)

К_б - коэффициент безопасности

К_б = 1,3…1,5 (для редукторов)

К_т - температурный коэффициент

К_т = 1,05…1,25 (при температуре 125^◦-200^◦ С)

x,y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок.

x = 1; y = 0

2.12.6 Определение эквивалентной динамической нагрузки

R_э =V∙R_r2∙K_б∙K_т=2,08 Кн

R_э = 1∙2214,71∙1,3∙1,05 = 3023,08 кН

2.12.7 Определение расчетов долговечных подшипников

L_10h = a₁∙a₂₃∙10⁶/60 n₁∙(C_r/R_э)³>L_h

Где а₁- коэффициент надёжности

а₁=1 при безотказной работе

подшипников и качестве эксплуатации.

а₂₃-коэффициент учитывающий качество подшипников и качество

эксплуатации

а₂₃=0,7…0,8 для шариковых подшипников

L_h-требуемая долговечность подшипников

L_h = (20…30)∙10³ часов,для редуктора (таблица 9.4/6/)

L_10h = 1∙0,7∙10⁶/60∙200∙(33,2/3,02308)³ = 77265,42 ч.

Условие выполняется.

Схема №1

F_b

R_x1 F_t1 R_y

A R_y1 d₁/2

Fr1 R_x2

l₃ l₁=l₂ l₁=l₂

Горизонтальная плоскость

R_x1 F_t R_x2

Вертикальная плоскость

F_b

R_y1 F_r R_y2

122, 62

M_y,Н∙м

71, 1035

52, 9419

183,5

M₁

2.13 Подбор шпоночных соединений и проверочный расчёт.

2.13.1 Для соединение вала с зубчатым колесом, шкивом и полумуфтой применяем призматические шпонки по гост 23360-78 (таблица К.42/6/)

Шпонки изготовлены из стали 45; термическая обработка-нормализация;

σ_в ≥ 600 Н/мм²

Размеры сечения шпонки и глубину паза вала выбираем в зависимости от

диаметра вала из условия прочности на смятие.

2.13.2 Ведущий вал: диаметр выходного конца вала (под шкив) d_в1 = 40 мм, Шестерня выполняется за одно целое с валом

Размеры шпонки bхh = 12х8 мм

Глубина паза вала t₁ = 5 мм

Стандартная длина шпонки l = 56 мм,

при длине ступицы шкива B = 63мм.

σ_см = 2∙М₁/d_в1∙(h-t₁)∙l_p ≤ [σ_см] ,где

l_p – рабочая длина шпонки

l_p = l-b = 56-12 = 44 мм

σ_см = 2∙183,5∙10³/40∙(8-5)∙44 = 69,5 Н/мм²

[σ_см]-70…100н/мм²-для чугунных ступиц, при скорости Ʋ< 30 м/с

Условие прочности выполняется.

2.13.3 Ведомый вал:

Диаметр выходного конца вала (под полумуфту)

d_в2 = 42 мм

Размеры шпонки bхh = 12х8 мм

Глубина паза вала t₁ = 5 мм

Стандартная длина шпонки

l = 70 мм, при длине цилиндра полумуфты l_ц = 82 мм

Диаметр вала под зубчатое колесо d_к2 = 55 мм

Размеры шпонки bхh = 16х10 мм

Глубина паза t₁ = 6 мм

Стандартная длина шпонки

l = 56 мм, при длине ступицы колеса l_ct = 66 /мм

На смятие проверяем шпонку для чугунной полумуфты как более нагруженную

σ_см = 2∙М₂/d_в2∙(h-t₁)∙l_p ≤ [σ_см]

lp = l-b = 70-12 = 58 мм

σ_см = 2∙307,5∙10³/42∙(8-5)∙58 = 84,15 Н/мм²

Условие прочности выполняется.

2.14 Вторая эскизная работа чертежа узла редуктора.

Второй этап компоновки нужен целью конструктивно оформить зубчатые колеса, валы, корпус, подшипниковые узлы и подготовить данные для проверки прочности валов и некоторых других деталей.

Вычерчиваем шестерню и колесо по конструктивным размерам, найденным ранее. Шестерню выполняем за одно целое с валом.

Конструируем узел ведущего вала:

-Наносим осевые линии, удаленные от середины редуктора на расстояния мм. Используя эти осевые линии, вычерчиваем в разрезе подшипники качения;

-Между торцами подшипников и внутренней поверхностью стенки корпуса оставляем свободное пространство чтобы масло разбрызгиваемое зубчатым колесом при его вращении могло попасть в подшипниковые гнезда;

-Вычерчиваем крышки подшипников (табл. К18/6/);

-Между подшипниками и врезными крышками устанавливаем распорные втулки;

-Переход вала d_п1 = 45 мм выполняем на расстоянии 10 мм от торца крышки подшипника;

-Длина присоединительного конца вала определяется длиной ступицы шкива;

Длина вала короче длины ступицы на 3 мм.

Аналогично конструируем узел ведомого вала:

- Отложив от середины редуктора расстояние 64 мм проводим осевые линии и вычерчиваем подшипники, оставляя между торцами подшипника и внутренней стенкой корпуса свободное пространство;

- Подшипниковые гнезда, врезные крышки подшипников, распорные втулки конструируем аналогично ведущему валу;

- Переход вала диаметром 50 мм к присоединительному концу диаметром 42 мм выполняем на расстоянии 10 мм от торца крышки подшипника;

- Длина присоединительного конца вала на 3 мм. короче цилиндра полумуфты.

На ведущем и ведомом валах применяем шпонки призматические со скругленными торцами по ГОСТ – 23360 – 78 .

Вычерчиваем шпонки, принимая их длину на 5 – 10 мм меньше длины ступиц. Уточняем расстояние между опорами. Отклонения от ранее принятых величин незначительны.