10.3 Проверочный расчет упорных подшипников (типа 8, 9)

Упорные подшипники редко применяются в редукторах. Обычно их ставят в паре с радиальными или радиально-упорными подшипниками на валу червяка для замыкания на корпусные детали редуктора значительных осевых сил, возникающих в червячных передачах. Расчет упорных подшипников, вращающихся с частотой более 1 мин^-1, наиболее прост и выполняется в следующей последовательности:

а) определяют эквивалентную нагрузку, действующую на подшипник

где  – осевая нагрузка, приходящаяся на j-й подшипник вала, Н (считается что каждый установленный один за одним подшипник на одном конце вала воспринимает одинаковую осевую нагрузку и если их два, то );

К_б – коэффициент безопасности, в зависимости от условий безопасности принимают в диапазоне от 1,0 до 2,5;

К_t – температурный коэффициент, принимают равным 1,0, поскольку рабочая температура подшипников качения обычно не превышает 100 °С;

а) определяют номинальную долговечность (ресурс) в миллионах оборотов

или в часах

где р – показатель степени долговечности, для шарикоподшипников принимают равным 3, а для роликоподшипников – 10/3;

д) сравнивают полученный ресурс с заданным в техническом задании на курсовое проектирование (см. п 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Если полученная долговечность меньше заданной или больше ее более чем в 10 раз, принимают другой подходящий типоразмер подшипника, а все построения трехмерных моделей и расчеты валов начиная с п. 7 (Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов) повторяют.

11 Расчет валов и подшипников в компас-shaft 2d

В качестве проверки уже выполненных обычным способом расчетов валов и подшипников на прочность и долговечность эту процедуру повторяют в КОМПАС-SHAFT 2D. Работа с этой библиотекой уже частично описана в п. 5 (Построение трехмерных моделей зубчатых колес). Необходимо лишь продолжить работу в ней.

11.1 Расчет валов компас-shaft 2d

Прежде всего, нужно создать файл КОМПАСа  «Чертеж» и сохранить его под узнаваемым в последствии именем, например, «Вал тихоходный», или «Вал-шестерня», как это видно на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1

Потом в меню  «Менеджер библиотек» следует открыть библиотеку «Расчет и построение» в КОМПАС-SHAFT 2D, а затем выбрать команду  «Построение модели». В выпавшем меню нажимают кнопку  «Новая модель», а в новом подменю «Выбор типа отрисовки» выбирают, например, «В полуразрезе» и нажимают кнопку «ОК». Курсором вида «крест» + привязываются к началу координат на экране монитора, нажимая левую кнопку мышки. При этом вновь открывается меню КОМПАС-SHAFT 2D, где в верхнем окне «Внешний контур» появилось дерево построения модели. Выбираем именно верхнее окно, поскольку будем строить внешние контуры вала. Далее нажимают на кнопку  «Простые ступени» и в выпавшем подменю – строчку  «Цилиндрическая ступень». Затем в еще одном выпавшем меню «Цилиндрическая ступень» вводят длину и диаметр ступени, а также размеры фаски, хотя это не обязательно, это видно на рисунке 11.2. После этого на экране появляется двухмерное изображение цилиндрической ступени. Так постепенно слева направо одна за другой строят все ступени вала.

Рисунок 11.2

После этого переходят к  «Дополнительным элементам ступеней», эта кнопка становится доступной после выделения одной из ступеней в дереве построения модели. Начинают с подшипников, выделяют ступень, на которой должен размещаться первый подшипник (в нашем примере первую построенную ступень), нажимают на кнопку  «Дополнительные элементы ступеней» и в выпавшем меню выбирают строчку  «Подшипники», как это видно на рисунке 11.3. Теперь появляется меню «Подшипники», в котором нужно выбрать «Тип подшипника», например, «Подшипники роликовые ГОСТ 27365-87» и «Вариант привязки», в нашем случае внутренним кольцом справа, как это видно на рисунке 11.4. Также указывают «Вариант отрисовки» (у нас «Зеркальная») и «Расстояние от базового торца» величиной 2 мм (поскольку в принятой конструкции внутренне кольцо подшипника будет упираться не в буртик вала, а в маслоотражающее кольцо толщиной 2 мм, которое будет устанавливаться между подшипником и буртиком вала). Потом переходят на закладку «Выбор подшипника» и выделяют строчку с нужным подшипником. Нажатие «ОК» добавляет изображение подшипника на валу. Затем в дереве построения модели выделяют ступень посадочного места под второй подшипник и вводят его в модель аналогично первому, но с противоположной ориентацией.

Рисунок 11.3

Теперь переходят к процедуре  «Приложения нагрузки», эта кнопка становится доступной после выделения базового торца, от которого будет отсчитываться расстояние до точки приложения нагрузки. За базовый лучше принимать левый торец вала и соответственно выделять в дереве построения модели первую ступень, как это видно на рисунке 11.5.

Рисунок 11.4

Вводят  «Радиальные и осевые силы»,  «Распределенную нагрузку»,  «Изгибающий момент» и  «Крутящий момент».При вводе нагрузки каждого вида выпадает специальное меню, которое нужно внимательно заполнить, как это показано на рисунке 11.6 на примере крутящего момента (очень важно не перепутать горизонтальную и вертикальную радиальные силы). Один и тот же вид нагрузки можно вводить несколько раз, изменяя точку ее приложения (например, радиальные и осевые силы вала с раздвоенным шевроном). Реакции подшипниковых опор не являются внешними нагрузками, поэтому их не следует вводить как  «Приложенные нагрузки». Система сама их определит.

Осевые силы в зубчатых передачах возникают на образующей колес и не действуют строго по оси вала, поэтому после ввода такой силы в расчетную схему нужно добавить изгибающий момент в соответствующей плоскости, который равняются осевой силе умноженной на радиус делительной окружности.

Далее переходят к расчетам и построению эпюр. Для этого нажимают на кнопку  «Механические свойства материала модели, расчет модели и подшипников» меню КОМПАС-SHAFT 2D. В выпавшем подменю вначале выбирают верхнюю строчку  «Механические свойства материала модели» и выбирают материал, из которого будет изготовлен вал, а затем строчку  «Расчет модели и подшипников». В новом выпавшем подменю «КОМПАС ShaftCalc» выбирают кнопку  «Общий расчет вала».

Рисунок 11.5

Появляется меню «Расчет Вала», в котором нужно выбрать построение всех видов эпюр, нажав на кнопку  «Выбрать все графики», запустить расчет, нажав на кнопку  «Сформировать отчет». Если выбор материала, из которого будет изготавливаться вал, не был сделан ранее, то его можно выполнить сейчас, перейдя в меню  «Сервис».

По завершении вычислений откроется окно с результатами, в котором будут представлены графики эпюр сил, моментов, углов прогиба, эквивалентных напряжений и коэффициента запаса прочности. Результаты расчета проверяют и печатают, потом их подшивают в пояснительную записку к курсовому проекту.

В настройках меню «Расчет Вала», как это видно на рисунке 11.7, можно установить печать результатов в файлах типа «FastReport» и  «Чертеж» КОМПАСа, для этого перед началом расчета нажимают на кнопку  «На новом листе в КОМПАС-График» или  «На отдельных листах в КОМПАС-График». Просмотреть результаты в этом случае можно, наведя курсор на нужную строку автоматически открывающейся закладки «Работа с документами» и дважды нажав на правую кнопку мышки. Нажатие на закладку «Графики и отчеты» сохраняет результаты в папку C:\Program Files\ASCON\KOMPAS-3D V10\Libs\Shaft\Report, откуда их можно копировать и сохранять в папку с файлами курсового проекта, а затем распечатать на бумаге и приложить к пояснительной записке.

Рисунок 11.6

Нужно помнить, что КОМПАС пока еще делает некоторые ошибки, например, первая эпюра «График радиальных сил в вертикальной плоскости» всегда строится с левой силой (реакцией опоры), равной 50.000 кН. Вместо «Графика осевых сил» КОМПАС повторяет «График радиальных сил в горизонтальной плоскости». Иногда некоторые графики воспроизводятся наложенными один на другой. На это не следует обращать внимание.

Аналогично можно выполнить расчет и вала-шестерни или червяка. Для этого можно открыть файл с уже построенным в КОМПАС-SHAFT 2D двухмерным построением шестерни или червяка и достроить слева и справа недостающие цилиндрические ступени, добавить подшипники и нагрузки. В этом случае некоторые ячейки меню нагрузок уже будут заполнены по результатам расчета зубчатых колес. С этими значениями можно согласиться или изменить их. В остальном расчет вал-шестерни или червяка подобен расчету вала.

Рисунок 11.7

Чтобы закончить работу по расчету валов нужно нажать кнопку  «Сохранить модель и выйти», а также сохранить сам файл фрагмента или чертежа, в котором проводились двухмерные построения вала и его расчет. Можно также построить трехмерную модель вала, вал-шестерни или червяка, нажав на кнопку  «Дополнительные построения», а затем выбрать в подменю такую же кнопку  «Генерация твердотельной модели», как это уже было описано в п. 5.1 (Построение зубчатых колес цилиндрической передачи). Но можно сразу перейти к расчету подшипников.