5 Эскизная компоновка редуктора

Таблица 10

Материал вала: Сталь40Х ГОСТ4543-71 Механические характеристики: = 900 МПа; = 750 МПа; = 410 МПа.	Размеры ступеней, мм
Быстроходный вал	38	45		53	45	290	230		152		30		175	10
	58	90		240	28
Тихоходный вал	56	65		75	65	186	130		110		28
	65	82		120	35
Подшипники	Типо- размер		, мм							Грузоподъемность, кН
Быстроходный вал	46309					-		-		48,1		37,7
Тихоходный вал	7513					0,369		1,624		119,0		98,0

Примечание – для радиально-упорных однорядных шарикоподшипников

;

для конических однорядных роликоподшипников

.

6 Нагрузки валов редуктора

6.1 Силовая схема нагружения валов редуктора

Рисунок 1

6.2 Определение консольных сил и сил в зацеплении закрытой передачи

Таблица 11 – Силы в зацеплении закрытой червячной передачи

[5, раздел 6.1, таблица 6.1]

Силы в зацеплении	Значение силы, Н
	на шестерне	на колесе
Окружная
Радиальная
Осевая

Таблица 12 – Консольные силы [6]

Вал	Вид открытой передачи	Характер силы по направлению	Значение силы, Н
Быстроходный	Муфта	Радиальные
Тихоходный	Цепная	Радиальные

Примечание –

6.3 Расчетные схемы быстроходного и тихоходного валов. Схемы

нагружения подшипников

Рисунок 2 – Быстроходный вал

Рисунок 3 – Тихоходный вал

6.3.1 Определяем суммарные радиальные опорные реакции

Н;

Н;

Н;

Н.

6.3.2 Определяем суммарные изгибающие моменты в опасных сечениях

;

;

;

.

Таблица 13

Вал	Суммарная радиальная реакция, Н	Радиальная нагрузка подшипника, Н	Суммарный изгибающий момент,	Крутящий момент,
Б	= 1984,0 = 1847,0	= 1984,0 = 1847,0	= 300,6 = 175,3	85,1
Т	= 3226,4 = 11284,5	= 3226,4 = 11284,5	= 550,3 = 736,5	716,0

7 Проверочный расчет подшипников качения

7.1 Проверяем пригодность подшипников 46309 быстроходного вала редуктора, работающего с умеренными толчками.

Исходные данные: 1984 Н; 1847 Н; об/мин; ч; ч [разделы 1, 2, 6].

Характеристика подшипника:

[5, раздел 9, таблицы 9.1, 9.4, 9.5; К28].

7.2 Определяем осевые составляющие радиальных нагрузок , Н, по формуле

= =1256 Н.

7.3 Определяем осевые нагрузки подшипников , Н, по формуле

1256+5114,3=6370,3 Н.

7.4 Определяем отношение

7.5 Определяем эквивалентную динамическую нагрузку , Н, по формуле

7.6 Определяем динамическую грузоподъемность , Н, подшипника по формуле

;

.

Расчетная динамическая грузоподъемность более чем в 1,5 раза меньше базовой, а превышает базовую в 1,4 раза.

Принимаем в плавающей опоре - радиальный однорядный шарикоподшипник 209 ( Н), в фиксирующей - сдвоенные одинарные радиально-упорные шариковые 46309 ( Н).

7.7 Определяем долговечность , ч, подшипника по формуле

Подшипники пригодны .

7.8 Проверяем пригодность подшипников 7513 тихоходного вала редуктора, работающего с умеренными толчками.

Исходные данные: = 11284,5 Н; = 3226,4 Н; об/мин; ч [разделы 1, 2, 6].

Характеристика подшипника: ; [5, раздел 9, таблицы 9.1, 9.4, 9.5; К29].

7.9 Определяем осевые составляющие радиальной нагрузки подшипника , Н, по формуле

Н;

Н.

7.10 Определяем осевые нагрузки подшипника и , Н, в зависимости от принятой ранее схемы нагружения подшипников [раздел 3 ПЗ]. Так как

и , то

Н; Н.

7.11 Определяем отношения

; .

7.12 Определяем эквивалентную динамическую нагрузку , Н, по формуле

4195 Н;

Н.

7.13 Определяем динамическую грузоподъемность , Н, подшипника по формуле

.

7.5 Определяем долговечность , ч, подшипника по формуле

Подшипник пригоден .

Таблица 14 – Основные размеры и эксплуатационные характеристики

подшипника

Вал	Подшипник		Размеры, мм				Грузоподъемность, кН
			d	D		B
Б	209	45			85	19	33,2	18,6
	46309	45			100	25	48,1	37,7
Т	7513		65	120		33	119,0	98,0

8 Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений

8.1 Проверке подлежат две шпонки тихоходного вала – под зубчатым колесом и под звездочкой цепной передачи, и одна шпонка на быстроходном валу – под полумуфтой.

8.2 Принимаем шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонки, пазов и длины шпонок назначаем из условия технологичности по ГОСТ 23360-78:

быстроходный вал = 38, = 58 мм - размеры шпонки мм;

тихоходный вал = 56, = 65 мм - размеры шпонки мм;

= 75, = 100 мм - размеры шпонки мм.

8.3 Принимаем материал шпонок - сталь 45 ГОСТ 1050-88 нормализованная,

допускаемое напряжение на смятие = 120 МПа при стальной ступице.

8.4 Определяем площадь смятия , , для каждой шпонки по формуле

где - высота шпонки [5, К42], мм;

- глубина паза вала [5, К42], мм;

- рабочая длина шпонки, мм;

l – длина шпонки [5, К42], мм;

- ширина шпонки [5, К42], мм.

8.5 Проверяем прочность шпонки на смятие по формуле

,

где - напряжение смятия, МПа;

Т – вращающий момент на валу, ;

d – диаметр ступени вала, мм.

Таблица 15 Размеры в миллиметрах

Диаметр вала	b	h		l		,	Т,	МПа	МПа
38	10	8	5,0	56	46	116,0	85,1	38,6	120
56	16	10	6,0	63	47	159,8	716,0	158,5
75	20	12	7,5	90	70	264,6	716,0	72,2

Как видно из расчетов, прочность шпоночных соединений обеспечена на быстроходном валу под полумуфтой и на тихоходном валу под червячным колесом. На тихоходном валу под звездочкой цепной передачи принимаем две шпонки.

9 Проверочный расчет валов редуктора

9.1 Проанализировав эпюры [рисунки 2,3], наметим опасные сечения:

быстроходный вал – m.В (два концентратора напряжений – посадка подшипника с натягом и ступенчатый переход галтелью r) и т. , (концентратор напряжения – резьба); тихоходный вал – m.D (два концентратора напряжений - посадка подшипника с натягом и ступенчатый переход галтелью r) и m. (два концентратора напряжений – посадка колеса с натягом и шпоночный паз).

9.2 Определяем нормальные напряжения , МПа, в опасных сечениях вала по формуле

где - расчетные напряжения изгиба, МПа;

- суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении, [раздел 6];

- осевой момент сопротивления сечения вала, .

9.3 Определяем касательные напряжений , МПа, в опасных сечениях вала по формуле

где - расчетные напряжения кручения, МПа;

- крутящий момент, [раздел 6];

- полярный момент сопротивления сечения вала, .

9.4 Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетных сечений вала по формулам

;

где - эффективные коэффициенты концентрации напряжений [5, раздел 11.3, таблица 11.2];

- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения [5, раздел 11.3, таблица 11.3];

- коэффициент влияния шероховатости [5, раздел 11.3, таблица 11.4].

9.5 При действии в расчетном сечении двух источников концентрации напряжений учитывают только наиболее опасный из них (с наибольшим отношением или ) - посадка с натягом.

9.6 Определяем пределы выносливости в расчетных сечениях вала , , МПа, по формулам

,

где и - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, МПа, [раздел 3].

9.7 Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям по формулам

9.8 Определяем общий коэффициент запаса прочности в расчетных сечениях по формуле

9.9 Определяем приведенный момент инерции поперечного сечения червяка по формуле

=

9.10 Определяем стрелу прогиба червяка по формуле

;

Таблица 16

Сечение вала	Диаметр, мм		Ми,	Мк,			МПа	МПа
Быстроходный вал			175,3	85,1			19,3	2,4
			300,6	85,1			20,0	1,4
Тихоходный вал			736,5	716,0			27,0	6,5
			550,3	716,0			14,7	4,5

Таблица 17

Сечение вала														S
						МПа
	4,325	2,875	1,0	4,325	2,875	410	238	94,80	82,8	19,3	2,4	4,9	34,5	4,8
			1,0	3,500	2,857	410	238	117,14	83,3	20,0	1,4	5,9	59,5	5,8
	4,600	3,060	1,0	4,600	3,060	410	238	89,13	77,8	27,0	6,5	3,3	12,0	3,2
	4,600	3,100	1,0	4,600	3,100	410	238	89,13	76,8	14,7	4,5	6,1	17,1	5,7