2.9.4 Муфты и подшипники

Муфты:

1) задают тип муфты в соответствии с конструктивными соображениями и условиями эксплуатации;

2) подбирают конструктивные размеры муфт обычно по таблицам в справочном материале в зависимости от диаметра соединяемых валов и допускаемого крутящего момента, передаваемого муфтой;

3) проверяют:

• для втулочных муфт – на срез штифты, шлицы или шпонки, используемые для передачи крутящего момента;

• для фланцевых муфт – болты, шпильки или пальцы, передающие крутящих момент. Черные болты (поставленные с зазором) – на растяжение, а если используются чистые болты (поставленные без зазора) – на срез.

Подшипники скольжения:

1) определяют:

• окружную скорость шейки вала для радиальных подшипников, для упорных – скорость точки, находящихся от оси вращения на расстояния 2/3 радиуса пяты;

• удельное давление в подшипнике по действующему на него усилию и его конструктивным размерам;

2) производят проверку расчетного значения удельного давления в подшипнике по допускаемому значению;

3) определяют произведение удельного давления на окружную скорость вала и проверяют его по допустимому значению.

Подшипники качения:

1) подбирают тип подшипника, исходя из условий эксплуатации и конструкции конкретного подшипникового узла в соответствии с размерами и основными характеристиками подшипников;

2) определяют:

• условную нагрузку, которая учитывает как характер и направление действующих нагрузок, так и особенности кинематики и температуру узла;

• коэффициент работоспособности подшипника по эмпирическому уравнению;

3) подбирают по таблицам номер подшипника, соответствующий рассчитанному коэффициенту работоспособности.

Важнейшим этапом расчетов на прочность является составление расчетной схемы. Правильность составления схемы определяет правильность результата. Текстовый и расчетный материал рекомендуется максимально снабжать иллюстрациями (схемами, эпюрами и т. д.).

Если при выполнении дипломного проекта применяется ЭВМ для выбора оптимального варианта конструкции, оптимизации производственного процесса, расчета отдельных элементов изделия и др., то в этом разделе дается блок-схема алгоритма расчета, ее описание, программа и результаты расчета.

2.9.5 Исходные данные для проведения расчетов на прочность с

применением ЭВМ

После выполнения всех расчетов на прочность необходимо провести их проверку на ЭВМ. Для этого студент представляет консультанту необходимые исходные данные, которые приведены ниже.

2.9.5.1 Исходные данные для расчета на ЭВМ открытой прямозубой цилиндрической передачи:

• передаваемая мощность - N, Вт;

• частота вращения шестерни - n1, об/мин;

• Число зубьев шестерни - Z1;

• ориентировочное передаточное отношение - U0;

• твердость материала – сталь 45 (нормализованная или улучшенная) - НВ;

• коэффициент ширины венца - К3;

• коэффициент неравномерности нагрузки - К4;

• коэффициент концентрации нагрузки - К6;

• коэффициент динамичности - К7;

• коэффициент формы зуба - К8.

2.9.5.2 Исходные данные для расчета на ЭВМ косозубой цилиндрической передачи:

• передаваемая мощность - N, Вт;

• частота вращения шестерни - n1,об/мин;

• число зубьев шестерни - Z1;

• ориентировочное передаточное отношение - U0;

• угол наклона зубьев - β, град;

• коэффициент ширины венца - К1;

• коэффициент неравномерности нагрузки - К2;

• коэффициент концентрации нагрузки - К3;

• коэффициент динамичности - К4;

• коэффициент заготовки - К5;

• твердость материала - НВ.

2.9.5.3 Исходные данные для расчета на ЭВМ открытой прямозубой конической передачи:

• передаваемая мощность - N, Вт;

• частота вращения шестерни - n1, об/мин;

• число зубьев шестерни - Z1;

• ориентировочное передаточное отношение - U0;

• твердость материала – сталь 45 (нормализованная или улучшенная) - НВ;

• межосевой угол - А, град.

2.9.5.4 Исходные данные для расчета на ЭВМ поликлиновой передачи:

• передаваемая мощность - N, Вт;

• частота вращения малого шкива - n₁, об/мин;

• передаточное отношение - U;

• коэффициент режима работы - С_р.

2.9.5.5 Исходные данные для расчета зубчатоременной передачи:

• передаваемая мощность – N, Вт;

• частота вращения малого шкива - n₁, об/мин;

• передаточное число передачи – U;

• коэффициент режима работы передачи.

2.9.5.6 Исходные данные для расчета клиноременной передачи:

• частота вращения шкива – Ш, об/мин;

• передаточное отношение – О;

• передаваемая мощность - N, Вт или момент на приводном валу М1, Н·м;

• коэффициент режима работы передачи – С (1,0 – 1,7);

• коэффициент угла обхвата шкива – С1(0,82 – 1,0);

• коэффициент числа ремней – С2 (0,85 – 0,95);

• диаметр меньшего шкива – D1, мм (D1_min = 71);

• предел выносливости ремня – Si (7 – 9), МПа;

• модуль изгибной упругости ремня – Е (80 – 150), МПа.

2.9.5.7 Исходные данные для расчета цепной передачи:

• передаточное отношение – U;

• ориентировочное межцентровое расстояние – А0, мм;

• ориентировочный диаметр большей звездочки – D02, мм;

• коэффициент характера нагрузки – К1 (1,0 - 1,5);

• коэффициент способа натяжения цепи - К2 (1,0 – 1,25);

• коэффициент наклона передачи – К3 (1,0 – 1,25);

• коэффициент способа смазки цепи – К4 (0,8 – 1,5);

• коэффициент сменности работы – К5 (1,0 – 1,5);

• коэффициент динамичности передачи - К6 (1,0 – 1,5);

• коэффициент число зубьев меньшей звездочки – Z1;

• частота вращения меньшей звездочки – n₁, об/мин;

• передаваемая мощность – N, Вт или момент на валу приводной звездочки – М1, Н·м.

2.9.5.8 Исходные данные для расчета червячной передачи:

• передаваемая мощность - N, Вт;

• частота вращения червяка – N1, об/мин;

• передаточное отношение – U (выбирается из стандартного ряда : U = 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80);

• коэффициент контактной долговечности венца – К1(0,67 – 1,15);

• коэффициент изгибной долговечности венца – К2 (0,54 – 1,0);

• коэффициент характера изменения нагрузки – К3 (0,3 – 1,0);

• коэффициент динамичности нагрузки – К4 (1,0 – 1,4);

• коэффициент износа зубьев венца – К5 (для открытой передачи К5 = 1; для закрытой передачи К5 = 1,5);

• коэффициент диаметра червяка – Q (8; 10; 12,5; 16);

• твердость материала червяка – сталь 45 (нормализованная или улучшенная) – НRC 45-50;

• материал венца червячного колеса из списка (в скобках указаны пределы прочности в МПа):

- бронзы – БрОЮФ (255), БрО10Н1Ф1(285), БрО5Ц5С5 (200), БрА9ЖЗЛ

(490), БрА10Ж4Н4Л (590);

- чугуны – СЧ 10 (118 МПа), СЧ 15 (147 МПа), СЧ 18 (177 МПа), СЧ 20 (206

МПа).

2.9.5.9 Исходные данные для расчета винтовой передачи:

• материал винта – сталь (Ст 3; Ст 6; 35; 45);

• материал гайки: чугун, антифрикционный чугун, бронза, сталь);

• длина винта – L, мм;

• осевая нагрузка – F, Н;

• запас прочности передачи – N (N = 3 - 5);

• шаг резьбы – S, мм;

• внутренний диаметр винта – D, мм;

• угол подъема винтовой линии – γ, град;

• передаваемый крутящий момент – М, Н·м;

• действующее касательное напряжение – Ткр, МПа;

• приведенное рабочее напряжение – Spr, Мпа;

• допускаемое напряжение материала винта – Sd, Мпа.

2.9.5.10 Исходные данные для расчета вала:

• крутящий момент на валу – МО, Н·м или передаваемую валом мощность – N, Вт;

• частота вращения вала – n1, об/мин;

• наибольшую радиальную нагрузку на вал – Р, Н;

• плечо приложения этой нагрузки – L, мм;

• осевая нагрузка на вал – Ро, Н;

• материал вала;

• допускаемое напряжение на кручение материала – S, МПа;

• предел прочности материала – S1, МПа;

• коэффициент концентрации напряжений изгиба – К3;

• коэффициент концентрации напряжений кручения – К4;

• коэффициент шероховатости поверхности – К15.

2.9.5.11 Исходные данные для расчета призматической шпонки:

• передаваемая валом мощность – N, Вт;

• частота вращения вала – n1, об/мин;

• диаметр вала – D, мм;

• допускаемое напряжение смятия – S1, МПа;

• допускаемое напряжение среза – S2, МПа;

• длина шпонки – L, мм.

2.9.5.12 Исходные данные для расчета пружин:

• наибольшая рабочая нагрузку – F2, Н;

• индекс пружины – С = D/d (4 – 12);

• материал: проволока вольфрамовая и ройяльная; хромованадиевая; углеродистая закаленная в масле; углеродистая холоднотянутая; монель-металл; фосфоритная бронза; латунь специальная;

• коэффициент кривизны витков – К;

• допускаемое напряжение кручения проволоки – S, МПа;

• диаметр проволоки – DР, мм;

• средний диаметр пружины – D, мм;

• рабочая деформация (ход) пружины – Х, мм;

• начальная нагрузка на пружину – F1, Н;

• пружина растяжения или сжатия;

• число витков пружину – Z.

2.9.5.13 Исходные данные для расчета шариковых радиальных однорядных подшипников качения по ГОСТ 8338 – 75:

• диаметр вала – DB, мм;

• серия (особолегкая, легкая, средняя, тяжелая);

• частота вращения кольца подшипника – N, об/мин;

• радиальная нагрузка на подшипник – FR, кН;

• осевая нагрузка - FА, кН;

• коэффициент условий работы – КВ;

• рабочая температура подшипника – ТR, °С;

• заданная долговечность подшипника – L, час (min 5000).

2.9.5.14 Исходные данные для расчета радиально-упорных однорядных подшипников качения по ГОСТ 831 – 75:

• диаметр вала - DB, мм;

• тип;

• частота вращения кольца подшипника – N, об/мин;

• радиальная нагрузка на подшипник - FR, кН;

• осевая нагрузка - FА, кН;

• коэффициент условий работы – КВ;

• рабочая температура подшипника – ТR, °С;

• заданная долговечность подшипника – L, час (min 5000).

2.9.5.15 Исходные данные для расчета шариковых радиальных сферических двухрядных подшипников качения по ГОСТ 5720 – 75:

• диаметр вала - DB, мм;

• тип;

• частота вращения кольца подшипника – N, об/мин;

• радиальная нагрузка на подшипник - FR, кН;

• осевая нагрузка - FА, кН;

• коэффициент условий работы – КВ;

• рабочая температура подшипника – ТR, °С;

• заданная долговечность подшипника – L, час (min 5000).

2.9.5.16 Исходные данные для расчета тонкостенной цилиндрической оболочки (корпуса):

• внутреннее давление – Р, МПа;

• диаметр корпуса – D, мм;

• предел прочности материала – S, МПа;

• запас прочности оболочки – N;

• коэффициент прочности сварного шва – Fi;

• прибавка толщины стенки оболочки – с, мм.

2.9.5.17 Исходные данные для расчета цилиндрической оболочки под наружным давлением:

• наружное избыточное давление – Р, МПа;

• внутренний диаметр цилиндра – Dw, м;

• материал стенки цилиндра;

• допускаемое напряжение на сжатие материала стенки – Sd, МПа;

• длина цилиндра между жесткими опорами – L, м;

• значение опытного коэффициента – А;

• конструктивная прибавка толщины стенки – С, мм.

2.9.5.18 Исходные данные для расчета тонкостенной конической оболочки:

• внутренне давление – Р, МПа;

• внутренний диаметр – D, мм;

• предел прочности материала – S, МПа;

• запас прочности оболочки – N;

• половина центрального угла – А, град;

• коэффициент прочности сварных швов – Fi;

• конструктивная прибавка толщины стенки – С, мм.

2.9.5.19 Исходные данные для расчета эллиптической оболочки (днища):

• рабочее внутреннее давление – Р, МПа;

• диаметр корпуса – D, мм;

• высота днища – Н, мм;

• предел прочности материала – S, МПа;

• запас прочности по пределу прочности – N;

• коэффициент прочности сварных швов – Fi;

• прибавка толщины материала – С, мм.

2.9.5.20 Исходные данные для расчета болтов фланцевого соединения:

• рабочее давление – Р, МПа;

• наружный диаметр корпуса – D, мм;

• коэффициент предварительной затяжки болтов – К (К = 1,8 – 2);

• предел прочности материала – S, МПа (для Ст 3 – S = 380 – 450);

• запас прочности болта – N = 3 - 5;

• ориентировочный диаметр болта – D0, мм;

• стандартный диаметр болта – DВ, мм;

• ориентировочный диаметр болтовой окружности – D1, мм;

• принятый диаметр болтовой окружности – D2, мм;

• ориентировочный шаг расположения болтов - Т0, мм;

• уточненный шаг расположения болтов – Т1, мм;

• ориентировочное количество болтов – Z0, шт;

• принятое количество болтов – Z, шт.

2.9.5.21 Исходные данные для расчета круглого приварного фланца:

• внутреннее давление – Р, МПа;

• диаметр окружности расположения болтов – DВ, мм;

• внутренний диаметр корпуса – D, мм;

• количество болтов – Z, шт;

• диаметр отверстий под болты – d, мм;

• предел прочности материала фланца – S, МПа;

• конструктивная прибавка – С (рекомендуется С = 3 – 6), мм.

2.9.5.22 Исходные данные для расчета прокладки фланцевого соединения:

• внутреннее давление газа или жидкости – Рр, МПа;

• внутренний диаметр корпуса аппарата – Dв, м;

• диаметр болтовой окружности – Dб, мм;

• коэффициент предварительной затяжки болтов – Крz (Крz = 2 - 3);

• материал прокладки (резина, паронит, фибра, асбест армированный, медь, сталь);

• допускаемое напряжение сжатия прокладки – Sс, МПа;

• условное количество болтов на фланце – Z, шт;

• сила, растягивающая каждый болт фланца – Р0, мм;

• ориентировочный диаметр болта – Dб1, мм;

• сила сжатия прокладки – Рn, мм;

• расчетная ширина прокладки – Вn, мм;

• принятая ширина прокладки – Вр1, мм.