Вал материал: Сталь 45, σВ=780
Н/мм2; σТ=540
Н/мм2 σ-1=335
Н/мм2
|
Размеры ступней, мм
|
Подшипники
|
|
d1
|
d2
|
d3
|
d4
|
Типо- размер
|
dxDxB(T), мм
|
Динамическая грузоподъемность Cr,
кН
|
Статическая грузоподъемность C0r, кН
|
|
l1
|
l2
|
l3
|
l4
|
|
|
|
|
Быстроходный
|
25
|
30
|
36
|
30
|
7306
|
30x72x19
|
52,0
|
39,0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тихоходный
|
55
|
60
|
70
|
60
|
7212
|
60x110x24
|
91,3
|
70,0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Подбор и расчет муфты
Выбираем муфту упругую со
звездочкой.
TР=T∙K=29,1∙1.5=43,65
Выбираем муфту упругую со
звездочкой. (ГОСТ 14084-93). Диаметр отверстия 25 мм. T=63 Н∙м
Радиальная сила, с которой муфта
действует на вал:
где с∆r=900 Н/мм из таблицы 10.28 [1] (d=20
мм)
6. Определение сил
6.1 Определение сил в
зацеплении закрытых передач
угол зацепления a=20º.
а) Окружная сила на
колесе
б) Окружная сила на
червяке
в) Радиальная сила на
колесе
г) Радиальная сила на
червяке
д) Осевая сила на колесе
е) Осевая сила на
червяке
6.2 Консольные силы
а) Окружная сила на
колесе
б) Окружная сила на
шестерне
Ft3=Ft4=9456,7
Н
в) Радиальная сила на
колесе
г) Радиальная сила на
шестерне
Fr3=Fr4=3441,9
Н
7. Расчет валов
7.1 Расчетная схема
быстроходного вала
. Вертикальная плоскость
а) определяем опорные реакции
;;
;;
б) проверка ;
в) Строим эпюру изгибающих моментов
относительно оси X
MC=0;
MA=0;
MD(лев)=RAY∙l1=1953,2·0,115=224,6 Нм
MD(прав)=RВY∙l1=44·0,115=5,06 Нм
MВ=0;
2. Вертикальная плоскость
а) определяем опорные реакции
;;
;;
б) проверка;
в) Строим эпюру
изгибающих моментов относительно оси Y
MC=0;
MA=-FM∙lМ=-180·0,102=-18,36
Нм
MD=-FМ∙(lМ+1)
- RAX∙l1=-180·(0,102+0,115)
- 103,9·0,115=-51 Нм
MВ=0;
. Строим эпюру крутящих
моментов
4.
Суммарные радиальные реакции
5. Суммарные изгибающие
моменты в наиболее нагруженных сечениях
Проверка прочности валов
Сечение D
материал вала: Сталь 45 (σ-1=335 Н/мм2 τ-1=194 Н/мм2) df1=60,8 мм;
а) нормальные напряжения
б) касательные
напряжения
в) коэффициент
концентрирования нормальных и касательных напряжений
Kσ и Kτ
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений
Kd
- коэффициент влияния абсолютного размера поперечного сечения
по таблице 11.2 [1]
выбираем Kσ=2.3
Kτ=1.8
по таблице 11.3 [1]
выбираем Kd=0.81 для (Kσ)D;
Kd=0.70 для (Kτ)D
KF
- коэффициент влияния шероховатости по таблице 11.4 [1] KF=1.30
г) предел выносливости в
расчетном сечении вала
д) коэффициент запаса
прочности
е) общий коэффициент
запаса прочности
Сечение А
материал вала: Сталь 45 (σ-1=335 Н/мм2 τ-1=194 Н/мм2) d=30 мм;
а) нормальные напряжения
б) касательные
напряжения
в) коэффициент
концентрирования нормальных и касательных напряжений
Kσ и Kτ
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений
Kd
- коэффициент влияния абсолютного размера поперечного сечения
по таблице 11.2 [1]
(посадка с натягом) выбираем ;
KF
- коэффициент влияния шероховатости по таблице 11.4 [1] KF=1.40
г) предел выносливости в
расчетном сечении вала
д) коэффициент запаса
прочности
е) общий коэффициент
запаса прочности
7.2 Расчетная схема
тихоходного вала
1. Вертикальная плоскость
а) определяем опорные реакции
;;
;;
б) Проверка ;
в) Строим эпюру
изгибающих моментов относительно оси X
MA=0;
MB(лев)=-RAY∙l2=-2118,4·0,075=-158,9
Нм
MD=0;
MC=-Fr3∙lОП=-3441,9·0,075=-258,1 Нм
MB(прав)=-Fr3∙(lОП+l2)+RCY∙l2=-3441,9·(0,075+0,075)+3562,6·0,075=-249,1 Нм
2. Вертикальная плоскость
а) определяем опорные реакции
; ;
; ;
б) проверка;
в) Строим эпюру
изгибающих моментов относительно оси Y
MA=0;B=RAX∙l2=1984·0,075=148,8
НмD=0;C=Ft3∙lОП =9456,7·0,075=709,2 Нм
. Строим эпюру крутящих
моментов
. Суммарные радиальные
реакции
5. Суммарные изгибающие
моменты в наиболее нагруженных сечениях
Проверка прочности валов
Сечение C
материал вала: Сталь 45 (σ-1=335 Н/мм2 τ-1=194 Н/мм2) d=60 мм;
а) нормальные напряжения
б) касательные
напряжения
в) коэффициент
концентрирования нормальных и касательных напряжений
Kσ и Kτ
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений
Kd
- коэффициент влияния абсолютного размера поперечного сечения
по таблице 11.2 [1]
(посадка с натягом) выбираем ;
KF
- коэффициент влияния шероховатости по таблице 11.4 [1] KF=1.40
г) предел выносливости в
расчетном сечении вала
д) коэффициент запаса
прочности
е) общий коэффициент
запаса прочности
Сечение B
материал вала: Сталь 45 (σ-1=335 Н/мм2 τ-1=194 Н/мм2) d=70 мм;
а) нормальные напряжения
б) касательные
напряжения
в) коэффициент концентрации
нормальных и касательных напряжений
Kσ и Kτ
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений
Kd
- коэффициент влияния абсолютного размера поперечного сечения
по табл. 11.2 [1, c.
257] выбираем Kσ=1.7
Kτ=2
по табл. 11.3 [1, c.
258] выбираем Kd=0.75 для (Kσ)D;
Kd=0.67 для (Kτ)D
KF
- коэффициент влияния шероховатости по табл. 11.4 [1, c. 258] KF=1.30
г) предел выносливости в
расчетном сечении вала
д) коэффициент запаса
прочности
е) общий коэффициент
запаса прочности
8. Расчет подшипников
8.1 Быстроходный вал
Нагружение подшипников
Fa1+RaВ-RaА=0
RaВ=RsВ=RB∙e∙0.83=445,8∙0.31∙0.83=114,7
Н
RaА=Fa1+RaВ=5488,7+114,7=5603,4
RsA=RA∙e∙0.83=1956,8∙0.31∙0.83=503,5
Н
б) Осевые составляющие RsA=503,5 RsB=114,7
в) Осевые нагрузки
подшипников RaA=5603,4 RaB=114,7
г) Отношения RaA/VRA=5603,4/1956,8=2.86>e
RaB/VRB=114,7/445,8=0.257<e
Для A REA=(XVRA+YRaA) KбKТ=(0,4∙1∙1956,8+1.9∙5488,7)∙1.2∙1=13453,5
Для B REB=VRBKбKТ=1∙637.7∙1.2∙1=765.24
Кб=1.2 по
таблице 9.4 [1] (Кратковременные перегрузки до 125% от расчетной нагрузки)
Более нагруженный
подшипник A
Грузоподъемность
подшипника меньше требуемой.
Заменим подшипник на
1027306А (d=30 D=72 Cr=44600 Н e=0.83
Y=0,72)
Нагружение подшипников
Fa1+RaВ-RaА=0
RaВ=RsВ=RB∙e∙0.83=445,8∙0.83∙0.83=307,1
Н
RaА=Fa1+RaВ=5488,7+307,1=5795,8
RsA=RA∙e∙0.83=1956,8∙0.83∙0.83=1348
Н
а) Коэффициент влияния
осевого нагружения e=0.83
б) Осевые составляющие RsA=1348 RsB=307,1
в) Осевые нагрузки
подшипников RaA=5795,8 RaB=307,1
г) Отношения RaA/VRA=5795,8/1956,8=2.96>e
RaB/VRB=307,1/445,8=0.68<e
Для A REA=(XVRA+YRaA) KбKТ=(0,4∙1∙1956,8+0,78∙5488,7)∙1.2∙1=6076,7
Для B REB=VRBKбKТ=1∙637.7∙1.2∙1=765.24
Кб=1.2 по
таблице 9.4 [1] (Кратковременные перегрузки до 125% от расчетной нагрузки)
Более нагруженный
подшипник A
Подшипник подходит
8.2 Тихоходный вал
Нагружение подшипников
Fa-RaС+RaА=0
RaA=RsA=RA∙e∙0.83=2902,4∙0.35∙0.83=843,1 Н
RaС=Fa+RaA=727,5+843,1=1570,6
H
RsС=RС∙e∙0.83=16684,2∙0.35∙0.83=4846,7
Н
а) Коэффициент влияния осевого
нагружения e=0.35
б) Осевые составляющие RsA=843,1 RsС=4846,7
в) Осевые нагрузки
подшипников RaA=843,1 RaС=1570,6
г) Отношения RaA/VRA=843,1/2902,4=0.29<e
RaС/VRС=1570,6/16684,2=0.094<e
Для A REA=VRAKбKТ=1∙2902.4∙1.2∙1=3482.9
Для С REС=VRСKбKТ=1∙16684.2∙1.2∙1=20021
Кб=1.2 по
таблице 9.4 [1] (Кратковременные перегрузки до 125% от расчетной нагрузки)
Более нагруженный
подшипник B
Подшипник подходит
Вал
|
Подшипник
|
Размеры dxDxT,
мм
|
Динамическая грузоподъемность, Н
|
Долговечность
|
|
|
|
Crр
|
Сr
|
L10h
|
Lh
|
Б
|
1027306А
|
30x72x21
|
41762.4
|
44600
|
18172.8
|
14600
|
Т
|
7212
|
60x110x24
|
488812.4
|
72200
|
53762.2
|
14600
|
9. Расчет шпонок
.1 Соединение колеса и
вала
Шпонка 20x12x70 (ГОСТ 23360-78) d=70 мм
lр=l-b=70-20=50 мм
Ft=5488.7 Н
9.2 Соединение шестерни
открытой передачи и вала
Шпонка 16x10x70 (ГОСТ 23360-78) d=55 мм
lр=l-b=70-16=64 мм
Ft=9456.7 Н
9.3 Соединение полумуфты
и вала
Шпонка 8x7x32 (ГОСТ 23360-78) d=25
мм
lр=l-b=32-8=24 мм
Ft=180 Н
10. Тепловой расчет
Температура в редукторе
tв
- температура воздуха вне корпуса - 20º С
P1
- мощность на быстроходном валу - 2000 Вт
η
- к.п.д. редуктора - 0.83
Kt
- коэффициент теплоотдачи - 10Вт/(м2*град)
A
- площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора по таблице 11.6 [1] A ≈ 0.5 м2
11. Смазывание
Для смазывания зубчатого
зацепления применим способ непрерывного смазывания жидким маслом окунанием.
В редукторе будем
использовать масло И-Т-Д-100 ГОСТ 17479.4-87 для sН<200Мпа
и окружной скорости до 5 м/с табл. 10.29 [2].
Для контроля уровня
масла применим трубчатый маслоуказатель, так как он удобен для обзора.
Для слива загрязненного
масла предусмотрено сливное отверстие, закрываемое пробкой с конической резьбой
М16´1,5.
Для осмотра зацепления и
заливки масла в крышке корпуса выполним одно окно. Окно закроем крышкой с
отдушиной. Отдушина необходима для соединения внутреннего объема редуктора с
внешней атмосферой.
12. Технический уровень
редуктора
Объективной мерой
затраченных средств является масса редуктора m, кг, в которой практически
интегрирован весь процесс его проектирования. Поэтому за критерий технического
уровня можно принять относительную массу, т.е. отношение массы редуктора
вращающему моменту на его тихоходном валу. Этот критерий характеризует расход
материалов на передачу момента и легок для сравнения.
Масса редуктора
m
= φρd10,785d22∙10-9 = 7∙7300∙64∙0,785∙2482∙10-9
=157,9 кг
где φ
= 7 - коэффициент заполнения редуктора по графику 12.3 в зависимости от
делительного диаметра колеса d2
d1
- делительный диаметр червяка.
ρ = 7300 кг/м3
- плотность чугуна.
Критерий технического
уровня редуктора
Определение критерия
дает возможность оценить место спроектированного редуктора в сравнении со
стандартными и решить вопрос о целесообразности его изготовления. При этом надо
учесть ограниченность возможностей индивидуального производства для получения
высоких критериев технического уровня редуктора.
γ = m/T2 =157,9/680,6 = 0,23
При γ
> 0,2 технический уровень редуктора считается низким, а редуктор
морально устаревшим.
Для того чтобы критерий
технического уровня редуктора стал в пределах нормы, необходимо снизить массу
редуктора, за счет подбора материала изготовления корпуса редуктора. Снижение
массы редуктора будет достигнуто за счет использования в качестве материала для
изготовления его корпуса дюралюминия, т.к. плотность этого материала намного
ниже плотности чугуна, при этом прочность дюралюминия ни сколько не уступает
прочности чугуна.
Тогда, масса редуктора:
m
= φρd10,785d22∙10-9 = 7∙2500∙64∙0,785∙2482∙10-9
=54 кг
где φ
= 7 - коэффициент заполнения редуктора по графику 12.3 в зависимости от
делительного диаметра колеса d2
d1
- делительный диаметр червяка.
ρ = 2500 кг/м3
- плотность дюралюминия.
Критерий технического
уровня: γ = m/T2 =54/680,6 = 0,08
Список литературы
1. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин.
Калининград, 1999