Проектирование редуктора. Выбор электродвигателя и кинематический расчет. Выбор материалов и расчет допускаемых напряжений. Выбор материалов

Строим расчетную схему сил действующих на вал в горизонтальной плоскости.

Определяем опорные реакции

;  

Н

; 

 

 Н

Проверка: ;   

Изгибающие моменты в опасных сечениях вала

 Н·м

Опасным сечением вала в горизонтальной плоскости является место посадки колеса тихоходной ступени.

Расчетный изгибающий момент в опасном сечении

 Н

Суммарные реакции опор

 Н

 Н

Строим эпюру крутящих моментов вала

Рисунок 10 – Расчетная схема сил, действующих на вал III и эпюры крутящих моментов

5.4 Расчет валов на прочность

Параметр		Вал I, d=27 мм	Вал II, d=40 мм	Вал III, d=55 мм/40мм
Материал вала		Сталь 45	Сталь 45	Сталь 45
sB, МПа		750	750	750
s-1=0,4÷0,5sB, МПа		300	300	300
t-1=0,3sB, МПа		225	225	225
Мизг, Н·м		246	481	423
wос=0,1·d3, 10-6 м3		1,968	6,4	16,63/6,4
sa=Мизг/ wос, МПа		125	75,15	25,44/66,1
sм, МПа		0	0	0
Т, Н·м		54	180	466
wр=0,2·d3, 10-6 м3		3,93	12,8	33,27/12,8
t-1=t-1=0,5Т/ wр, МПа		6,87	7,03	7,0/18,2
ks		1,85	1,7	1,7
kt		1,4	1,4	1,4
kd		0,86	0,77	0,7/0,77
kF		0,92	0,92	0,92
ys		0,1	0,1	0,1
yt		0,05	0,05	0,05
		1,93	2,35	6,94
		18	15,8	14,45/6,1
		1,92	2,33	6,25/1,805
	Условие выполняется		Условие выполняется	Условие выполняется

6 ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

При подборе подшипников мы воспользовались следующими коэффициентами и формулами:

1.  Данные об условиях работы подшипников качения

n – частота вращения, об/мин;

L_h – срок службы, ч;

L – долговечность, млн. об. ;

F_r – радиальная нагрузка (Н), равная радиальной реакции R наиболее нагруженной опоры;

F_a – осевая нагрузка (Н), равная осевой реакции опоры R_oc;

2. Справочные данные коэффициентов [4] для заданных условий работы подшипников  качения

f_h – коэффициент долговечности;

f_n – коэффициент, определяемый по частоте вращения подшипника;

V – коэффициент вращения;

K_s - динамический коэффициент (коэффициент безопасности);

К_т – коэффициент, учитывающий влияние температурного режима работы на долговечность подшипника.

3. Справочные (паспортные) данные предварительного назначенного подшипника по диаметру концов вала:

серия (при отсутствии осевой нагрузки и сравнительно небольшой ее величине предварительно назначается самый распространенный и дешевый шариковый радиальный однорядный подшипник средней или легкой серии;

при большой осевой силе – подшипник роликовый радиально-упорный конический или радиально-упорный шариковый);

С – динамическая грузоподъемность, кН;

С_о – статическая грузоподъемность, кН;

Х, У – соответственно коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, зависящие от типа подшипника и от е – параметра осевого нагружения подшипника, характеризующего соотношение осевого и радиального усилий.

4. Расчетные данные подбора подшипников качения

Подбор подшипников качения производится по динамической грузоподъемности из условия: расчетная динамическая грузоподъемность С_р<=C_п (паспортная).

С_р=Р(f_h/f_n)=P×^pÖL, где Р – эквивалентная нагрузка, Р=(У×X×F_r + У×F_a)K_s×K_т;

р=3 для шариковых подшипников.

Результаты подбора и расчета подшипников качения целесообразно представить в виде таблицы.

Таблица 3 – Сводные данные практического расчета и подбора подшипников качения (ПК)  для   валов   двухступенчатого   цилиндрического редутора

	Обозначение параметров	Страницы в справочнике[4]	Вал редуктора
			ведущий I	промежуточный II	Ведомый III
			Диаметры концов вала под подшипник
			d1=20 мм	d2=30 мм	d3=30 мм
	n, об/мин		1500	436	164
	Lh, ч		8000	8000	8000
	L, млн.об		720	210	79
	Fr, H		950	3354	2868
	Fa, H		702	702	-
	fh	125	2,33	2,33	2,33
	fn	127	0,223	0,355	0,533
	V	112	1	1	1
	Ks	115	1	1	1
	Kт	112	1	1	1
Справочные данные предварительного выбранного ПК	Серия выбранного ПК	424-532	204	306	206
	С, кН		12,7	28,1	15,3
	Со, кН		6,2	14,6	10,0
	Fa/Co		0,032	0,026	-
	e	113,424	0,26	0,24	-
	Fa/Fr		0,49	0,2	-
	(Fa/Fr)<e {Х,У		-	1,0	-
	(Fa/Fr)>e {Х,У	113,424	0,56, 1,6	-	-
Результаты вычислений	P		-	-	-
	Cp		4,3	6,3	1,5
	Условие подбора Ср<C		4,3<9,26	6,3<11	1,5<15,3
	Паспортное значение С привышает расчетное Ср, %		3000	750	222,5

7 ВЫБОР ШПОНОК

Шпонка  является элементом соединения и препятствует относительному повороту соединяемых  деталей и предназначена для передачи вращающего момента от одной из этих деталей другой.

На основные типы шпонок Шпоночных соединений предусмотрены ГОСТы, которые предусматривают размеры поперечных сечений шпонок и соответствующих пазов в валу и шестерне в зависимости от диаметра вала. Длина шпонки выбирается исходя из длины ступицы.

Выбираем шпонки призматические со скругленными концами. Материал шпонок – сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятие и условие прочности проверяется по формуле

s_см=2×Т/(d(h-t₁)(l_р))<=[s_см], где d – диаметр вала в месте установки шпонки;

h – высота шпонки;

в – ширина шпонки;

l_р – длина шпонки;

t₁ – глубина паза вала;

[s_см] – допускаемое напряжение смятия, [s_см]=120 МПа;

Т – передаваемый вращательный момент.

Вал I.   d=18 мм

s_см=(2×54×10³)/(18(6-3,5)20)=120 МПа = [s_см];

Принимаем шпонку 6х6х20

Вал II.   d=40 мм

s_см=(2×180×10³)/(40(8-5)16)=187,5 МПа <[s_см];

Принимаем две шпонки 12x8x16

Вал III.  d=40 мм,

s_см=(2×466×10³)/(40(8-5)50)=155,3 МПа <[s_см];

Принимаем шпонку 8х7х36

Для всех шпонок условие прочности выполнено.

8 ВЫБОР МУФТЫ

Тип муфты выбирают в соответствии с предъявляемыми  к ней требованиями в приводном устройстве.

Размеры муфты зависят от величины передаваемого вращательного момента. При подборе стандартных муфт учитывают также диаметр концов валов, которые муфта должна соединять.

На ведущий вал, на основании рекомендации в литературе [6], принимаем упругую втулочно-пальцевую муфту МУВП ГОСТ 2424-83 с наибольшим крутящим моментом 55 Н×м и максимальной частотой вращения 5600 об/мин.

          Проверочный расчет муфты на смятие

МПа,

где Т – крутящий момент, Н·м;

       k – коэффициент учитывающий режим работы;

      d_n – диаметр пальцев, м;

       l – длина пальцев, м;

       z – число пальцев;

       D – наружный диаметр муфты, м.

Условие выполняется.

9 ВЫБОР СМАЗКИ РЕДУКТОРА

В машиностроении для смазывания передач зубчатых колес широко применяется способ погружения зубчатых колес в ванну с жидким маслом, так называемая картерная смазка. Картерная смазка применяется при окружной скорости колес от 0,3 до 12,5 м/с.

В нашем случае окружная скорость зубчатых колес

v = π·d₄·n₃/60

v = π·0,2175·164/60 = 1,87

          В цилиндрическом редукторе тихоходное колесо погружается на 1/3 радиуса, а быстроходное – на глубину до двух высот зубьев, но не менее 10 мм.

При окружной скорости u=6,55 м/с, по рекомендации литературы [4], принимаем:

-  кинематическая вязкость масла – 59сСт;

-  масло индустриальное И-50А;

-  способ подвода смазки к зацеплению картерный.

Смазка подшипников качения будет осуществлятся масляным туманом (смесь