Расчет приводного вала и расчет подшипников для него

 

Диаметр выходного конца вала, исходя из расчета на кручение:

 

d_пр = =  = 41, 8 мм

 

Принимаем: выходной диаметр Ø 42 мм, под подшипники – Ø 50 мм, под тяговую звездочку – Ø 60 мм.

Усилие от муфты:

 

F_M = 250  = 250  = 4828 H

 

 F_t = 2600 H, F_r = 3000 H, p = 100 мм, s = 200 мм, t = 200 мм.

 

 

Реакции от усилий в зацеплении:

 

R_Lx(s + t) – F_ts = 0; R_Lx = F_ts / (s + t) = 2600 · 0, 2 / 0, 4 = 1300 H

R_Kx = F_t – R_Lx = 2600 – 1300 = 1300 H

M_y = R_Kxs = 1300 · 0, 2 = 260 H · м

R_Ly = F_rs / (s + t) = 3000 · 0, 2 / 0, 4 = 1500 H

R_Ky = F_r – R_Ly = 3000 – 1500 = 1500 H

M_x = R_Kys = 1500 · 0, 2 = 300 H · м

 

Реакции от усилия муфты:

 

F_M(s + t + p) – R_LFм(s + t) = 0;

R_LFм = F_M(s + t + p) / (s + t) = 4828 · 0, 5 / 0, 4 = 6035 H

R_KFм = R_LFм - F_M = 6035 – 4828 = 1207 H

R_L =  =  = 1985 H

R_K =  =  = 1985 H

 

Для расчета подшипников:

 

R_L' = R_L + R_LFм = 1985 + 6035 = 8020 H

R_K' = R_K + R_KFм = 1985 + 1207 = 3192 H

 

Опасное сечение I – I. Концентрация напряжений в сечении I – I вызвана напрессовкой внутреннего кольца подшипника на вал с натягом.

 

Материал вала – сталь 45, НВ = 240, σ _в = 780 МПа, σ _т = 540 МПа, τ _т = 290 МПа,

σ _-1 = 360 МПа, τ _-1 = 200 МПа, ψ _τ = 0, 09, [2].

 

Расчет вала в сечении I - I на сопротивление усталости.

 

σ _а = σ _u = М_LFм / 0, 1d₄³ = 482, 8 · 10³ / 0, 1 · 50³ = 38, 6 МПа

τ _а = τ _к /2 = М_вых / 2 · 0, 2d₄³ = 373 · 10³ / 0, 4 · 50³ = 7, 5 МПа

 

К_σ / К_dσ = 3, 8 [2];    К_τ / К_dτ = 2, 2 [2];

K_Fσ = K_Fτ = 1 [2];      K_V = 1 [2].    

 

K_{σ Д} = (К_σ / К_dσ + 1 / К_Fσ – 1) · 1 / K_V = (3, 8 + 1 – 1) · 1 = 3, 8

K_{τ Д} = (К_τ / К_dτ + 1 / К_Fτ – 1) · 1 / K_V = (2, 2 + 1 – 1) · 1 = 2, 2

 

σ _-1Д = σ _-1 / K_{σ Д} = 360 / 3, 8 = 94, 7 МПа

τ _-1Д = τ _-1 / K_{τ Д} = 200 / 2, 2 = 91 МПа

 

S_σ = σ _-1Д / σ _а = 94, 7 / 38, 6 = 2, 5;      S_τ = τ _-1Д / τ _а = 91 / 7, 5 = 12, 1

S = S_σ S_τ /  = 2, 5 ·                12, 1 /  = 2, 6 > [S] = 2, 5

 

Прочность вала обеспечена.

 

Выбор типа подшипника.

Осевые нагрузки отсутствуют, поэтому берем радиальные шарикоподшипники №210, С = 35, 1 кН, С₀ = 19, 8 кН, d× D× B = 50× 90× 20

 

Расчет подшипника.

Расчет ведем по ГОСТ 18855-82.

Эквивалентная нагрузка:

 

Р_э = (XVP_r1 + YP_a1)K_бK_T,

 

в которой радиальная нагрузка P_r1 = 8020 H; осевая нагрузка P_a1 = 0 H;

V = 1 - вращается внутреннее кольцо; коэффициент безопасности: K_б = 1, 3; К_Т = 1 [3].

 

Р_э = 1, 3·8020 = 10426 H < C = 35100 Н

 

Расчетная долговечность, млн. об:

 

L = (C/P_э)³ = (35100/10426)³ = 156 млн. об.

 

Расчетная долговечность, ч:

 

L_h = L·10⁶/60n = 156·10⁶/60·99, 9 = 26038 ч,

 

что больше установленных ГОСТ 16162-85. Подшипник выбран верно.

 

Смазка

 

Смазка зубчатых зацеплений осуществляется окунанием одного из зубчатых колес в масло на полную высоту зуба.

Вязкость масла по [4]:

 

V₁ = 2, 97 м/с – V_40° = 27 мм²/с

V₂ = 1, 3 м/с – V_40° = 34 мм²/с

V_40°ср = 31 мм²/с

 

По [4] принимаем масло индустриальное И-Г-А-32, у которого

V_40°C = 29-35 мм²/с. Подшипники смазываются тем же маслом, что и зацепления за счет разбрызгивания масла и образования масляного тумана.

 

Проверка прочности шпоночных соединений

 

Напряжение смятия:

 

σ _см = 2М / d(l – b)(h – t₁) < [σ ]_см = 120 МПа

 

Быстроходный вал Ø 30 мм, шпонка 7 × 7 × 28, t₁ = 4 мм.

 

σ _см = 2 · 55, 7 · 10³ / 30 · (28 – 7)(7 – 4) = 59 МПа < [σ ]_см

 

Промежуточный вал Ø 40 мм, шпонка 12 × 8 × 45, t₁ = 5 мм.

 

σ _см = 2 · 130, 4 · 10³ / 40 · (45 – 12)(8 – 5) = 115 МПа < [σ ]_см

 

Тихоходный вал Ø 42 мм, шпонка 12 × 8 × 63, t₁ = 5 мм.

 

σ _см = 2 · 373 · 10³ / 42 · (63 – 12)(8 – 5) = 116 МПа < [σ ]_см

 

Тихоходный вал Ø 60 мм, шпонка 18 × 11 × 63, t₁ = 7 мм.

 

σ _см = 2 · 373 · 10³ / 60 · (63 – 18)(11 – 7) = 69 МПа < [σ ]_см

 

Приводной вал Ø 42 мм, шпонка 12 × 8 × 63, t₁ = 5 мм.

 

σ _см = 2 · 373 · 10³ / 42 · (63 – 12)(8 – 5) = 116 МПа < [σ ]_см

 

Приводной вал Ø 60 мм, шпонка 16 × 10 × 45, t₁ = 6 мм.

 

σ _см = 2 · 373 · 10³ / 60 · (45 – 16)(10 – 6) = 117 МПа < [σ ]_см

 

Выбор муфт

 

Муфта, соединяющая ведущий вал с валом электродвигателя [4].

Диаметр конца вала: Ø 30 мм.

По ГОСТ 21424-93 принята муфта:

Муфта 125-30-1-У3 ГОСТ 21424-93.

[М] = 125 Н · м, D × L = 120 × 125.

В нашем случае: Т₁ = 55, 7 Н · м

Запас у муфты большой, поэтому проверять втулки резиновые на смятие и пальцы на изгиб нет надобности.

Муфта, соединяющая тихоходный вал с приводным валом.

Предусмотрим в этой муфте предохранительное устройство для предотвращения поломки привода при заклинивании исполнительного элемента.

При проектировании компенсирующе - предохранительной муфты, за основу возьмем упругую втулочно-пальцевую муфту:

Муфта 500-42-1-У3 ГОСТ 21424-93.

[М] = 500 Н · м, D × L = 170 × 226.

В нашем случае: Т₃ = 373 Н · м

Наличие упругих втулок позволяет скомпенсировать неточность расположения в пространстве ведомого вала и приводного вала. Доработаем данную муфту, заменив ее крепление на приводном валу со шпонки на штифт. Штифт рассчитаем таким образом, чтобы при превышении максимально допустимого передаваемого момента его срезало. Таким образом, штифт будет служить для ограничения передаваемого момента и предохранения частей механизма от поломок при перегрузках, превышающих расчетные. [2]

Наибольший номинальный вращающий момент, передаваемый муфтой:

 

М_ном = 373 Н · м

 

Расчетный вращающий момент М срабатывания муфты:

 

М = 1, 25М_ном = 1, 25 · 373 = 466, 3 Н · м

 

Радиус расположения поверхности среза:

 

R = 21 мм

 

Материал предохранительного штифта:

 

Сталь 30 ГОСТ 1050-88, σ _в = 490 МПа

 

Коэффициент пропорциональности между пределами прочности на срез и на разрыв: К = 0, 68

Расчетный предел прочности на срез штифта:

 

τ _ср = К · σ _в = 0, 68 · 490 = 333, 2 МПа

 

Диаметр предохранительного штифта:

 

d =  =  = 0, 0092 м, d = 9, 2 мм

 

Предельный вращающий момент (проверочный расчет):

 

М = π d²r τ _ср /4 = 3, 14 · 0, 0092² · 0, 021 · 333, 2 · 10⁶ / 4 = 465 Н · м

 

Сборка редуктора

 

Детали перед сборкой промыть и очистить.

 

Сначала собираем валы редуктора. Ставим колеса, устанавливаем подшипники, закладываем шпонки.

Далее устанавливаем валы в корпус редуктора.

Закрываем редуктор крышкой и стягиваем стяжными болтами. Устанавливаем крышки подшипников.

После этого редуктор заполняется маслом. Обкатываем 4 часа, потом промываем.

 

Список использованной литературы

 

1. П.Ф. Дунаев, С.П.Леликов – Конструирование узлов и деталей машин, Москва, «Высшая школа», 1984 г.

2. С.А. Чернавский и др. – Курсовое проектирование деталей машин, Москва, «Машиностроение», 1988 г.

3. М.Н. Иванов – Детали машин, Москва, «Высшая школа», 1998 г.

4. А.Е. Шейнблит – Курсовое проектирование деталей машин, Калининград, «Янтарный сказ», 2002 г.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: