Предварительный расчет валов.
Определим силы в зацеплении закрытых передач.
1. Определим силы зацепления в цилиндрической косозубой передачи:
а) находим окружную
силу
Н,
б) осевая сила:
в) радиальная сила:
2. Определяем силы зацепления шевронной передачи:
а) Находим окружную
силу
,
Н
б) находим радиальную силу:
Проектный расчёт валов.
Основными критериями работоспособности проектируемых редукторов валов являются прочность и выносливость. Они испытывают сложную деформацию–совместное действие кручения, изгиба, растяжения (сжатия). Но так как напряжения на валах от растяжения небольшие по сравнению с напряжениями от кручения и изгиба, то их не учитывают.
1. Выбираем материал валов:
В проектируемом редукторе рекомендуется применять материал сталь 40Х. Механические характеристики сталей для изготовления валов определяют [см.2 табл. 7.1 стр. 242].
2. Выбор допускаемых
напряжений на кручение. Проектный расчёт
валов выполняется по напряжениям
кручения, т.е. при этом не учитывают
напряжения изгиба, концентрации
напряжений и переменность во времени.
Поэтому для компенсации напряженности
того метода расчёта допускаемые
напряжения на кручение применяют
заниженными:
.
При этом меньшие значения для быстроходных
валов, большие – для тихоходных.
3.Определение геометрических параметров ступеней вала.
Проектный расчёт ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала.
а) Рассчитываем ведущий вал.
Определяем диаметр
выступающего
конца быстроходного вала:
где
–
вращающий момент на ведущем валу
редуктора,
,
-
допускаемое касательное напряжение,
мм
Принимаем стандартное
значение
мм.
Определим длину выступающего конца вала:
мм,
мм.
Определяем размеры под уплотнение крышки:
мм,
где
-значение
высоты буртика, зависит от диаметра
ступени.
-округляем
до ближайшего значения диаметра
внутреннего кольца подшипника [табл.К27]
мм.
Определяем размеры под подшипники:
мм
по таблице К29
округляем до стандартного размера
мм
Определяем диаметр
под шестерню:
Нормализуем по
нормальным рядам [см. 1. табл. 13.15]
мм.
б) Рассчитываем промежуточный вал:
Определяем диаметр
под шестерню
Нормализуем то
табл. 13.15
Определяем диаметр
под подшипники:
Округляем [см. 1.
табл. К27–30]
мм
в) Рассчитываем выходной вал
Определяем диаметр
выступающего
конца тихоходного вала:
мм
Принимаем стандартное
значение
мм.
Рассчитываем
размеры под уплотнитель:
мм
мм
принимаем стандартное
значение
Находим размеры
под подшипник:
мм
Определяем размер
под колесо:
Нормализуем то
табл. 13.15
Предварительный выбор подшипников:
а) на быстроходном валу (цилиндрическом с косозубой передачей) выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники типа 306, средней серии.
б) на промежуточном (цилиндрическом с косозубой и шевронной передачей) выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники типа 305, средней серии.
в) на тихоходном валу (цилиндрическом с шевронной передачей) выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники типа 309, средней серии.
Эскизная компоновка редуктора.
Эскизная компоновка устанавливает положение колёс редукторной пары относительно опор; определяет расстояние между точками приложения реакций подшипников.
а) Определяем
расстояние между опорами цилиндрического
быстроходного вала
,
где
–расстояние
от торца зубчатого колеса до стенки
корпуса
=8….15мм,
определяем
[см. 3 по таблице 3.4].
б) Определяем расстояние между опорами промежуточного вала :
–длина
ступицы колеса,
б) Определяем расстояние между опорами тихоходного вала:
Расчётная схема валов редуктора.
Расчёт цилиндрического быстроходного вала.
Определение реакций в подшипниках.
Дано:
1. Вертикальная плоскость:
а) определяем опорные реакции, Н;
Проверка:
б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сече
ниях 1…3,
:
2. Горизонтальная плоскость:
а) Определяем опорные реакции, Н:
Проверка:
б) строим эпюру
изгибающих моментов относительно оси
У в характерных сечениях 1…4,
:
3. Строим эпюру
крутящих моментов,
:
4. Определяем
суммарные радиальные реакции,
5. Определяем
суммарные изгибающие моменты в наиболее
нагруженных сечениях,
Расчёт промежуточного вала:
Определение реакций в подшипниках.
1. Вертикальная плоскость:
а) определяем опорные реакции, Н;
Проверка
б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях 1…4
2. Горизонтальная плоскость:
а) Определяем опорные реакции, Н:
Проверка:
б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси у в характерных сечениях 1…4
3. Строим эпюру
крутящих моментов,
:
4. Определяем
суммарные радиальные реакции,
5. Определяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях,
,
Расчёт выходного вала:
1. Вертикальная плоскость:
а) определяем опорные реакции, Н;
Проверка
б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси у в характерных сечениях 1…3
2. Горизонтальная плоскость:
а) Определяем опорные реакции, Н:
Проверка
б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси х в характерных сечениях 1…3
3. Строим эпюру
крутящих моментов,
:
4. Определяем суммарные радиальные реакции
5. Определяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях,
,
Конструирование зубчатых колес.
Конструкцию стального зубчатого колеса выбирают в зависимости от его размеров, масштабов производства и конкретных условий завода – изготовителя.
Расчёт цилиндрических колёс.
Рассчитываем первую цилиндрическую пару:
Шестерня: выполняется заодно с валом
Колесо: при шпоночном соединении;
,
,
,
Рассчитываем вторую цилиндрическую пару:
Шестерня: при шпоночном соединении;
Колесо: при шпоночном соединении;
,
,
,
.
Выбор подшипников качения.
На быстроходном валу установлены шариковые радиальные однорядные подшипники типа 306 (ГОСТ 8338-75)
На промежуточном валу установлены шариковые радиальные однорядные подшипники типа 305 (ГОСТ 8338-75)
На выходном валу установлены шариковые радиальные однорядные подшипники типа 309 (ГОСТ 8338-75).
.
Проверочный расчёт подшипников.
Проверочный расчёт
предварительно выбранных подшипников
выполняется отдельно для каждого вала.
Пригодность подшипников определяется
сопоставлением расчётной динамической
грузоподъёмности
,
Н, с базовой
,Н,
или базовой долговечности
,
ч с требуемой
ч.
По условиям:
где
-
эквивалентная динамическая нагрузка,
Н (таб.9.1);
-
угловая скорость соответствующего
вала;
-
показатель степени:
для
шариковых подшипников,
для
роликовых подшипников.
Проверка подшипников быстроходного вала:
На быстроходном валу подшипники выдерживают нагрузку.
Расчёт промежуточного вала:
Промежуточный вал выдерживает нагрузки на подшипники.
Промежуточный вал выдерживает нагрузки на подшипники.
Расчёт выходного вала:
,
Подшипники выдерживают нагрузки.
Шпоночные соединения.
Для соединения валов с деталями, передающими вращающий момент, применяют шпонки.
В производстве
используют главным образом призматические
шпонки, изготовленные из чистотянутой
стали с
(чаще
всего из стали 45). Длину шпонки выбирают
из стандартного ряда
[см.
1. табл. 13.15] так, чтобы она была длиней
ступицы насаживаемой детали на 5…10 мм.
Сечение шпонки
выбирается по величине соответствующего
диаметра ступени [см. 1. по табл. К.42].
При передаче
вращающего момента шпоночным соединением
применение посадок колеса на вал с
зазором недопустимо, а посадок переходных
недопустимо, а посадок переходных крайне
нежелательно. Поэтому на посадочных
поверхностях вала и отверстия колеса
следует создать натяг. При этом для
цилиндрических косозубых колёс
.
Шпонка на
электродвигатель:
а) Входной вал:
на входе:
б) Промежуточный вал:
цилиндрическое
косозубое колесо:
цилиндрическая
шевронная шестерня:
в) Выходной вал:
под
колесо
на выходе:
Проверочный расчёт шпонок.
Призматические
шпонки, применяемые в проектируемых
редукторах, проверяют на смятие. Проверке
подлежат все шпонки.
,
где М – момент на соответствующем валу Н, d – диаметр соответствующего вала мм, h – сечение шпонки мм, t1 – глубина паза вала мм, lр – рабочая длина шпонки со скругленными торцами мм, l – полная длина шпонки мм, b – сечение шпонки мм, [σсм] – допускаемое напряжение на смятие, [σсм]=110…190 Н/мм2.
Проверка шпонок на валу электродвигателя:
,
Проверка шпонок на входном валу:
,
Проверка шпонок на промежуточном валу:
а) для косозубого
колеса
,
б) для шевронной шестерни
Проверка выходного вала:
а) для шевронного
колеса
,
б) для шпонки на
выходе
Проверочный расчёт валов.
После предварительного расчёта вала, определения его конструкции, подбора подшипников, выполняют проверочный расчёт вала на сопротивление усталости и жёсткости.
Проверяем прочность
вала в опасных сечениях т.е. определяют
коэффициент запаса прочности
и сравнивают его с допускаемым
:
Проверяем быстроходный вал:
Определяем напряжения в опасных сечениях вала
где
–осевой
момент сопротивления сечения вала (см.
1. табл. 11.1)
где
–полярный
момент инерции сопротивления сечения
вала [см. 1. табл. 11.1]
Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала:
,
где
и
–эффективные
коэффициенты концентрации напряжений,
выбираем по табл. 11.2,
по табл. 11.3,
по табл. 11.4,
по табл. 11.5
=1,3
=1,4
=3,0
=2,2
=1
=1,6
,
Определяем пределы выносливости в расчётном сечении:
,
,
пределы выносливости гладких образцов
при симметричном цикле изгиба и кручения,
определяют по табл. 3.2
,
Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:
,
Определяем общий коэффициент запаса прочности:
Проверяем промежуточный вал:
Определяем напряжения в опасных сечениях вала
где –осевой момент сопротивления сечения вала [см. 1. табл. 11.1]
где –полярный момент инерции сопротивления сечения вала [см. 1. табл. 11.1]
Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала:
,
где и –эффективные коэффициенты концентрации напряжений, выбираем по табл. 11.2, по табл. 11.3, по табл. 11.4, по табл. 11.5
=1,4 =1,6 =3,0 =2,2 =1 =1,6
,
Определяем пределы выносливости в расчётном сечении:
,
, пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, определяют по табл. 3.2
,
Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:
,
Определяем общий коэффициент запаса прочности:
Проверяем выходной вал:
Определяем напряжения в опасных сечениях вала
где –осевой момент сопротивления сечения вала [см. 1. табл. 11.1]
где –полярный момент инерции сопротивления сечения вала [см. 1. табл. 11.1]
Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала:
,
где и –эффективные коэффициенты концентрации напряжений, выбираем по табл. 11.2, по табл. 11.3, по табл. 11.4, по табл. 11.5
,
Определяем пределы выносливости в расчётном сечении:
,
,
пределы выносливости гладких образцов
при симметричном цикле изгиба и кручения,
определяют по табл. 3.2
,
Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:
,
Определяем общий коэффициент запаса прочности:
Все валы выдерживают нагрузку.
Конструирование подшипниковых узлов.
Конструктивное оформление подшипниковых узлов редуктора зависит от типа подшипников, схемы их установки, вида зацепления редукторной пары и способа смазывания подшипников и колёс.
На быстроходном валу установлены конические однорядные подшипники. Способ установки враспор, обе опоры фиксирующие, регулирование с помощью сквозной торцовой крышки.
На первом промежуточном валу установлены конические однорядные подшипники. Способ установки, враспор. Способ регулирования с помощью торцовой крышки.
На втором промежуточном валу и на выходном установлены радиальные однорядные. Подшипники устанавливаются с помощью посадок с натягом. Внутренние кольца подшипников в обеих опорах устанавливают с упором в буртик вала с натягом без дополнительного крепления с противоположной стороны. Наружные кольца подшипников в обеих опорах устанавливают с односторонней фиксацией , упором в торец крышки.
Крышки подшипниковых узлов.
Для герметизации подшипниковых узлов редуктора, осевой фиксации подшипников и воспринятия осевых нагрузок применяют крышки. Они изготовляются, как правило, из чугуна СЧ15 двух видов–торцовые и врезные. Те и другие выполняют в двух конструкциях –глухие и с отверстием для выходного конца. Размеры крышек определяют в зависимости от диаметра наружного кольца подшипника D. [см. 1 табл. К15…19].
Быстроходный вал:
Для лучшего уплотнения вала устанавливаем врезную крышку с отверстием для манжетного уплотнения [см 1. табл. К.18]
На другом конце вала ставим глухую врезную крышку [см. 1 табл. К. 18].
Промежуточный вал:
На промежуточном валу устанавливаем две врезные глухие крышки [см. 1 табл. К. 18].
Выходной вал:
На выходном валу установлены разные типы врезных крышек: глухая и с отверстием.
Глухая врезная крышка [см.1 табл. К.18].
Сквозная торцовая крышка [см.1 табл. К. 18].
Расчёт корпуса.
Толщина стенки
корпуса
мм
Принимаем δ=6 мм
Толщина верхнего
пояса
Толщина рёбер
основания корпуса
Диаметр фундаментных
болтов
Диаметр болтов у
подшипников
Диаметр болтов
корпуса
Смазывание.
Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшение износа, отвода тепла и продуктов износа от от трущихся поверхностей , снижение шума и вибраций.
Выбор сорта масла зависит от значения расчётного контактного напряжения в зубьях и фактической окружной скорости колёс. Сорт масла выбираем(1. по табл. 10.29) в нашем случае масло И–Г–А–68.
Рассчитываем объём
масла в редукторе:
Площадь поверхности:
Высота жидкости:
