Коэффициенты запаса прочности соответственно по нормальным и касательным напряжениям

;

Расчётный коэффициент запаса прочности в опасном сечении

³2,1

Вал имеет достаточный запас прочности

9. ВЫБОР И РАСЧЁТ ПОДШИПНИКОВ

Поскольку со стороны червячного зацепления на опоры действуют значительные осевые и радиальные нагрузки, то для установки валов выбираем роликовые регулируемые радиально-упорные подшипники. Схема установки вала-шестерни и опор тихоходного вала «враспор».». Радиально-упорные подшипники быстроходного вала устанавливаем в стакане, они буду работать как один двухрядный подшипник и воспринимать осевую нагрузку, другую опору выполняем плавающей и ставим радиальный шариковый подшипник.

9.1. Расчёт подшипников быстроходного вала

Выполняем расчёт подшипников на долговечность. Предварительно выбираем подшипники 7209 Сr = 42,7 кН; Rа = 1043,48 Н

Rb = 801,79 Н; е = 0,41; Fа = 2874,63 Н, Y = 1,85 n = 1440 мин^-1

Грузоподъёмность двухрядного подшипника

Сr = 42,7×1,635 = 69,38 кН;

Осевые составляющие от радиальных нагрузок

S₁ = 0,83 · 0,41 · 1043,48 = 355,09 H

S₂ = 0,83 · 0,41 · 801,79 = 272,85 H

Осевые силы, нагружающие подшипники

S₁ > S₂ Fa > 0 или S₁ < S₂ Fa > S₂ – S₁

Fa₁ = S₁ = 355,09 H; Fa₂ = Fa₁ +Fa = 355,09 + 2874,63 = 3229,72 Н

Fа₁/VFr₁ = 355,09/1043,48 = 0,34 Н, значит Х= 1, Y = 0

Fа₂/VFr₂ = 3229,72/801,79 = 4,028 Н, значит Х= 0,4, Y = 1,85

Эквивалентная радиальная динамические нагрузки

Реа = (VXFr +YFa)КбКт = (1· 1 · 1043,48) 1,25 · 1 = 1304,35

Реb = (VXFr +YFa)КбКт = (1· 0,4 · 801,79 + 1,85 · 3229,72) 1,25 · 1 = 7869,62 Н

где V – коэффициент вращения. При вращении внутреннего кольца V = 1;

Fr – радиальная нагрузка на подшипник;

Fa – осевая нагрузка на подшипники;

Кб – коэффициент безопасности. Кб = 1,25;

Кт – температурный коэффициент. При температуре ниже 100 °С,

Кт = 1.

Более нагружена опора В

Базовая долговечность предварительно выбранного подшипника

(млн. об.) или в часах

где р = 3,33 для роликовых подшипников

(ч)

Требуемая долговечность предварительно выбранного подшипника

L_10hтреб = 5 · 365 · 24 · 0,3 · 0,5 = 6570 (ч)

16203 ³ 6570 ч

Поскольку базовая долговечность предварительно выбранных подшипников больше требуемой, то данные подшипники подходят.

9.2. Расчёт подшипников тихоходного вала

Предварительно выбираем подшипники 7311 Сr = 102,0 кН;

Rа = 17304,72 Н; Rb = 29962,1 Н; е = 0,33; Fа = 1168,25 Н, Y= 1,8

n = 115,2 мин^-1

Осевые составляющие от радиальных нагрузок

S₁ = 0,83 · 0,33 · 17304,72 = 4739,76 H

S₂ = 0,83 · 0,33 · 29962,1 = 8206,6 H

Осевые силы, нагружающие подшипники

S₁ < S₂ Fa < S₂ – S₁

Fa₂ = S₂ = 8206,6 Н; Fa₁ = Fa₂ – Fa = 8206,6 – 1168,25 = 7038,36 Н

Fа₁/VFr₁ = 7038,36/17304,72 = 0,4 Н, значит Х= 0,4, Y = 1,8

Fа₂/VFr₂ = 8206,6/29962,1 = 0,27 Н, значит Х= 1, Y = 0

Эквивалентные радиальные динамические нагрузки

Реа = (VXFr +YFa)КбКт = (1· 0,4 · 17304,72 + 1,8 · 7038,36) 1,25 · 1 = 24488,67 Н

Реb = (VXFr +YFa)КбКт = (1· 1 · 29962,1) 1,25 · 1 = 37452,62

Более нагружена опора В

Базовая долговечность предварительно выбранного подшипника

(млн. об.) или в часах

где р = 3,33 для роликовых подшипников

(ч)

8075 ³ 6570

Поскольку базовая долговечность предварительно выбранных подшипников больше требуемой, то данные подшипники подходят.

10. РАСЧЁТ ЧЕРВЯКА НА ЖЁСТКОСТЬ

Для валов червяков максимальный прогиб

где l – расстояние между опорами, l = 307 мм;

F_t и F_r – окружное и радиальное усилие на червяке, F_t = 1168,25 Н, F_r = 1046,07 Н;

Е – модуль упругости материала вала. Для легированной стали

Е = 2,1 10⁵ МПа

I_пр – приведенный (с учётом витков) момент инерции сечения вала червяка, мм⁴;

мм⁴

здесь d_f – диаметр впадин червяка, мм

d_f = d – 2,4m = 80 -2,4 · 8 = 60,8 мм

d – делительный диаметр червяка, d = 80 мм;

d_a – диаметр вершин червяка, мм

d_a = d + 2m = 80 + 8· 2 = 96 мм

m – осевой модуль, m = 8 мм.

Допускаемое значение прогиба червяка

[Y] = (0,05…0,01) m = 8 · 0,01 = 0,08

11. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ РЕДУКТОРА

Цель теплового расчёта – проверка температуры масла t_м в редукторе, которая не должна превышать допускаемой [t]_м = 80…95 °С. Температура воздуха вне корпуса редуктора обычно t_в = 20 °С. Температура масла t_м в корпусе червячной передачи при непрерывной работе без искусственного охлаждения определяется по формуле:

где Р₁ – мощность на червяке, Вт;

h - коэффициент полезного действия червячной пары;

K_t – коэффициент теплопередачи, 9…17 Вт/(м²град);

А – площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора. Ориентировочно А (м²) можно принять в зависимости от межосевого расстояния

Площадь поверхности охлаждения червячного редуктора

а, мм
А, м^2	0,19	0,24	0,36	0,43	0,56	0.67	0,8	1,0

12. РАСЧЁТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В индивидуальном и мелкосерийном производстве используют главным образом призматические шпонки. Длину шпонки выбирают из стандартного ряда так, чтобы она была меньше длины ступицы насаживаемой детали на 5…10 мм. Сечение шпонки выбирается по диаметру вала.

Выбранную шпонку проверяют на смятие по формуле

где: Т – крутящий момент на валу, Н ×мм;

d – диаметр вала, мм;

h – высота шпонки, мм;

t₁ – глубина паза вала, мм;

l_р – рабочая длина шпонки, мм; при скруглённых торцах шпонки l_р = l-b, где l – длина шпонки, b – ширина шпонки;

[s_см] – попускаемое напряжение смятия. При стальной ступице 100…120 МПа, при чугунной 50…60 МПа.

1. Шпонка 10 х8 х 45

2. Шпонка 16 х 10 х 80

3. Шпонка 20 х 12 х 90

13. ВЫБОР МАСЛА

Смазывание червячных зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшения износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибраций.

Для редуктора общего назначения применяем непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным методом – окунанием. Этот способ применяют для червячных передач допустимая скорость скольжения 10 м/с.

Выбор сорта масла зависит от расчётного контактного напряжения s_н и фактической скорости скольжения.

Контактное напряжение s_н = 105 МПа.

Скорость скольжения м/с

По табл. 10.29 [2] выбираем масло И-Т-Д- 220 ГОСТ 17479.4-87

индустриальное, для тяжело нагруженных узлов, с антиокислительными, антикоррозионными, противоизносными и противозадирными присадками, класса кинематической вязкости 191…224 сСт при 40 °С.

Объём заливаемого масла определяем из расчёта 0,5…1,0 литра на 1 кВт мощности. Vм = 4,5 л³.

Поскольку V_s ³ 1 м/c, то смазывание подшипников происходит за счёт масляного тумана. Для свободного проникновения масла полость подшипника должна быть открыта внутрь корпуса.

Для контроля уровня масла имеется маслоуказатель.

При работе червячной передачи масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей. Оно стареет, его свойства ухудшаются. Поэтому масло, налитое в корпус редуктора периодически меняют. Для этой цели в корпусе предусмотрено сливное отверстие и сливная пробка.

При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давление внутри корпуса. Это приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого, внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой путём установки отдушины в крышке корпуса.

14. ВЫБОР МУФТЫ

Для соединения выходных концов электродвигателя и быстроходного вала редуктора, установленных на общей раме, применяют упругие муфты со звёздочкой. Эти муфты обладают достаточными упругими свойствами и малым моментом инерции для уменьшения пусковых нагрузок на соединяемые валы.

Основными характеристиками для выбора муфты являются - номинальный крутящий момент и диаметры соединяемых валов.

Для соединения выходного вала электродвигателя и быстроходного вала редуктора выбираем муфту упругую со звёздочкой.

Муфта упругая со звёздочкой

250 – 32 - I.1 – 36 - I.1 – У3 ГОСТ 14084-76

Номинальный крутящий момент – 250 Нм;

диаметры соединяемых валов 32 и 36 мм;

исполнение полумуфт - цилиндрическое и коническое;

категория климатического исполнения – У3.

Компенсирующие способности муфты невелики. При соединении несоосных валов муфта оказывает на них значительное силовое воздействие, хотя и меньшее, чем втулочно-пальцевая муфта. Муфты со звёздочкой обладают большой радиальной, угловой и осевой жёсткостью и требуют точного монтажа узлов.

Основные параметры, габаритные и присоединительные размеры муфт, допускаемые смещения осей валов определяют по табл. К23 [2]. Полумуфты изготавливают из стали 35 ГОСТ 1050-88; материал звёздочек – резина с пределом прочности при разрыве на менее 10 Н/мм².

Радиальная сила, вызванная радиальным смещением, определяется по соотношению

F_м = C_Dr D r

где D r – радиальное смещение, мм (табл. К23 [2])

C_Dr – радиальная жёсткость муфты, Н/мм (табл. 10.28 [2]), зависит от диаметра посадочного места муфты.

F_м = 0,3 · 1120 = 336 Н

ЛИТЕРАТУРА

1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 2009. 416 с.

2. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Высшая школа, 2007. 432 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х томах. М.: Машиностроение, 2008.

Дата добавления: 2015-08-18