Допускаемое напряжение на изгиб, МПа:
|
(92) |
где - коэффициент запаса прочности; - усредненный по валу коэффициент концентрации напряжений.
6.1.4 Составление расчетной схемы вала
Рисунок 2. Пространственная схема сил редуктора
6.1.5 Определение диаметров вала из условия прочности на совместное действие изгиба с кручением
Рисунок 3. Схема нагружения вала
1. Приведем силы к оси и составим расчетную схему быстроходного вала.
Рисунок 4. Расчетная схема быстроходного вала
2. Рассмотрим вертикальную плоскость:
2.1 Определяем вертикальные составляющие опорных реакций в шарнирах А и В:
; ; отсюда
|
(93) |
Знак минус указывает, что истинное направление реакции связи обратное: она направлена к опоре.
; ; отсюда
|
(94) |
Проверим правильность определения реакций:
|
(95) |
Реакции найдены правильно.
2.2 Определяем изгибающие моменты сил в вертикальной плоскости, :
Для сечений 1 и 6 изгибающие моменты равны нулю Мв1 = Мв6 = 0.
Для сечения 2 и 3: ;
Для сечения 4 и 5: .
По найденным значениям строим эпюру изгибающих моментов
(рисунок 5, б).
3. Рассмотрим горизонтальную плоскость:
3.1. Определяем горизонтальные составляющие опорных реакций в шарнирах А и В:
; ; отсюда
|
(96) |
Знак минус указывает, что истинное направление реакции связи обратное: она направлена к опоре.
; ; отсюда
|
(97) |
Проверим правильность определения реакций:
Реакции найдены правильно.
3.2. Определяем изгибающие моменты сил в горизонтальной плоскости, :
Для сечений 1 и 6 изгибающие моменты равны нулю Мг1 = Мг6 = 0.
Для сечения 2: ;
Для сечения 3:
;
Для сечения 4: ;
Для сечения 5: .
По найденным значениям строим эпюру изгибающих моментов
(рисунок 5, г).
4. Определяем суммарные изгибающие моменты, :
|
(98) |
Сечение 1: ;
Сечение 2: ;
Сечение 3: ;
Сечение 4: ;
Сечение 5: ;
Сечение 6:
По найденным значениям строим эпюру суммарных изгибающих моментов (рисунок 5, д).
5. Определяем крутящие моменты в сечениях, :
Строим эпюру крутящих моментов (рисунок 5, ж)
6. Определяем эквивалентные моменты, :
|
(99) |
Сечение 1: ;
Сечение 2:
Сечение 3:;
Сечение 4:;
Сечение 5:;
Сечение 6:.
Строим эпюру эквивалентных моментов (рисунок 5, з)
7. Определяем диаметры вала в сечениях, мм:
|
(100) |
Сечение 1:
Сечение 2, 3: ;
Сечение 4, 5:
Сечение 6:
Строим обрисованные сечения вала, в которых напряжения равны допускаемым (рисунок 5, и).
Рисунок 5. а - силы, действующие на вал в вертикальной плоскости; б - эпюра изгибающих моментов в вертикальной плоскости; в - силы, действующие на вал в горизонтальной плоскости; г - эпюра изгибающих моментов в горизонтальной плоскости; д - эпюра суммарных изгибающих моментов; е - схема действия вращающих моментов; ж - эпюра эквивалентных моментов; и - схема обрисованных сечений вала.
6.2 Конструирование вала
6.2.1 Выполняем конструирование участков вала
1. Диаметр концевого участка под шкивом округлим в большую сторону до стандартного значения dк = 32 мм.
Длина концевого участка: lкТ = 82 мм.
Фаска концевого участка: с = 1,6мм*480.
2. Диаметры опорных участков определим по формуле, мм:
|
(101) |
Округлим в большую сторону до стандартного значения: .
Подшипники используем легкой серии 208.
Длина опорного участка: .
Длина второго опорного участка с уплотнением со стороны концевого: .
Фаска торца опорного участка: с2 = 1,6мм*450.
3. Диаметр вала под ступицей шестерни, мм:
r = 2.5 мм - радиус галтели.
|
(102) |
Этот диаметр, учитывая, что длина ступицы шестерни меньше ширины венца, по Ra40 примем окончательным:
Длина участка вала под ступицей шестерни, мм:
|
(103) |
Окончательно принимаем длину ступицы и участок вала под ступицей .
4. Диаметр свободного участка рядом с шестерней:
5. Диаметр буртика для осевой фиксации шестерни, мм:
|
(104) |
r = 3 мм - радиус галтели.
Окончательно диаметр буртика по Ra40 примем: .
Ширина буртика .
6. Для передачи момента используем призматические шпонки исполнения 1.
Под шестерню: ширина b = 16 м, высота h = 10 мм, длина l = 70 мм, глубина паза вала t1 = 6 мм, глубина паза ступицы t2 = 4,3 мм.
Под шкив: ширина b = 10 м, высота h = 8 мм, длина l = 70 мм, глубина паза вала t1 = 5 мм, глубина паза ступицы t2 = 3,3 мм.
Фаска шпонки с = 0,3*450.
6.2.2 Назначаем посадки деталей на вал.
Шестерню и шкив устанавливаем на вал с натягом по посадке: H7/r6. Внутренние кольца подшипников: L0/m6. Шпонки призматические в паз вала: по ширине N9/h9, по высоте h11, по длине h14. Предельные отклонения глубины шпоночных пазов +0,2мм.
6.2.3 Назначаем шероховатость поверхностей
Поверхность под шестерню: 1,6 мкм. Под шкив: 3,2 мкм. Цапфы: 1,5 мкм. Торцы валов: 12,5 мкм. Торцы буртиков для базирования шестерни, шкива и подшипников: 1,6 мкм. Рабочие поверхности шпоночных пазов: 3,2 мкм; нерабочие - 6,3 мкм. Шероховатость остальных поверхностей 6,3 мкм. Шероховатость под резиновой манжетой: 0,4 мкм.
Рисунок 6. Эскиз быстроходного вала
7. ПОДБОР И ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ШПОНОК
конвейер цепной привод расчет
Для передачи момента используем призматические шпонки исполнения 1.
Исходные данные: диаметр вала под шестерней ; диаметр вала под зубчатым колесом ; диаметр вала под ведомым шкивом dк = 32 мм; диаметр конца вала электродвигателя под ведущий шкив dдв = 32 мм; вращающий момент вала электродвигателя М1 = 40,2 Н*м; вращающий момент быстроходного вала редуктора М2 = 153 Н*м; вращающий момент тихоходного вала редуктора
М3 = 737,3 Н*м.
7.1 Подбор шпонок
7.1.1 Под шестерню на быстроходном валу: ширина b = 16 м, высота h = 10 мм, длина l = 70 мм, глубина паза вала t1 = 6 мм, глубина паза ступицы t2 = 4,3 мм.
7.1.2 Под зубчатое колесо на тихоходном валу: ширина b = 16 м, высота h = 10 мм, длина l = 70 мм, глубина паза вала t1 = 6 мм, глубина паза ступицы t2 = 4,3 мм.
7.1.3 Под ведомый шкив на быстроходном валу: ширина b = 10 м, высота h = 8 мм, длина l = 70 мм, глубина паза вала t1 = 5 мм, глубина паза ступицы t2 = 3,3 мм.
7.1.4 Под ведущий шкив на валу электродвигателя: ширина b = 10 м, высота h = 8 мм, длина l = 70 мм, глубина паза вала t1 = 5 мм, глубина паза ступицы t2 = 3,3 мм.
7.1.5 Фаски шпонок с = 0,3*450.
7.1.6 Посадки шпонок призматических в паз вала: по ширине N9/h9, по высоте h11, по длине h14.
Предельные отклонения глубин пазов на валу t1 и в ступице t2: +0,2 мм.
7.2 Проверочный расчет шпонок
Выбранные шпонки рассчитываются на смятие. Условие прочности, МПа:
|
(105) |
Допускаемые напряжения при чугунной ступице шкивов: ; для стальных ступиц зубчатых колес: .
7.2.1 Шпонка для соединения быстроходного вала с шестерней.
Условие прочности выполняется, так как:
7.2.2. Шпонка для соединения тихоходного вала с зубчатым колесом.
Условие прочности выполняется, так как:
Для увеличения запаса прочности можно увеличить диаметр вала под зубчатым колесом, и соответственно увеличения размеров шпонки, а также пазов в ступице и на валу.
7.2.3 Шпонка для соединения вала электродвигателя с ведущим шкивом
Условие прочности выполняется, так как:
7.2.4. Шпонка для соединения быстроходного вала с ведомым шкивом.
Условие прочности выполняется, так как:
8. ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ ДЛЯ БЫСТРОХОДНОГО ВАЛА
Исходные данные: диаметр цапфы dп = 40 мм; частота вращения вала n2 = 235 мин-1; срок службы конвейера - 3000 часов; силы действующие на подшипники: реакции опор ZA = 1817.5 H; ZB = 1817.5 Н; YA = 70.9 H; YB = 2488.2 H; Внешняя осевая сила Fa = 738 Н.
8.1 Вычислим суммарные реакции для каждой из опор вала, Н:
Опора А:
|
(106) |
Опора В:
|
(107) |
8.2 Подбор подшипников выполняется по наиболее нагруженной опоре
Так как соотношение , то принимаются радиальные шариковые подшипники 208.
Из таблицы выпишем: динамическая грузоподъемность С = 32000 Н; статическая грузоподъемность С0 = 17800 Н.
8.3 По условиям эксплуатации подшипников принимаем: коэффициент вращения (вращаются внутренние кольца) V = 1.0; коэффициент безопасности
Кб = 1,4; температурный коэффициент Кт = 1.0; коэффициент надежности (принимаемая надежность 90%) а1 = 1.0.
8.4 Определяем соотношение и находим значение е, соответствующее значению .
8.5 Сравниваем значение с коэффициентом осевого нагружения е = 0,239
Опора А:
Так как , то по таблице принимаем Х = 0,56 и Y = 1,86.
Опора В:
Так как , то по таблице принимаем Х = 1 и Y = 0.
8.6 Вычисляем эквивалентную динамическую нагрузку, Н:
|
(108) |
Опора А:
Опора В:
.
8.6 Определяем долговечность наиболее нагруженного подшипника
Выбранных подшипников хватит на весь срок службы конвейера.
9. ПОДБОР СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ МУФТЫ
Исходные данные: муфта компенсирующая; вращающий момент, передаваемый муфтой М3 = 737,3 Н*м.
Выберем для соединения тихоходного вала редуктора с рабочим валом конвейера компенсирующую зубчатую муфту.
Из таблицы выпишем размеры муфты исходя из номинального вращающего момента: материал - Сталь 45 ГОСТ 1050-88; тип 1 - с разъемной обоймой; исполнение 1 ГОСТ 12080-66; диаметр муфты D =145 мм; длина полумуфты l = 82 мм; длина всей муфты L = 174 мм; диаметр отверстия под вал dH7 = 40 мм; диаметр обоймы D1 = 100 мм; диаметр полумуфты (втулки) D2 = 60 мм; наибольшая частота вращения n = 90 c-1.
9.5 Обозначение муфты:
Муфта компенсирующая зубчатая 1-1000-40-1У2 ГОСТ Р 50895-96.
10. ВЫБОР СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ РЕДУКТОРА
Учитывая небольшую скорость вращения n = 235 мин-1 (небольшую окружную скорость зубчатых колес), небольшие контактные напряжения
, вследствие этого небольшую рабочую температуру, используем для нашего редуктора минеральное индустриальное масло И-Г-А-68 ГОСТ 17479.4.
Уровень масла в ванне должен достигать середины тела качения подшипника.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Сметанин А.С., Орленко Е.О. Энергетические и кинематические параметры приводов машин: методические указания и справочные материалы к курсовому проектированию. - 2-е изд., перераб. и доп. - Архангельск: Изд-во АГТУ. 2006.
2. Прокофьев Г.Ф., Дундин Н.И., Микловцик Н.Ю. Механические передачи: Учебное пособие. - Архангельск: Изд-во АГТУ. 2005.
3. Орленко Е.О., Орленко Л.В., Цветкова Т.В. Расчет и конструирование валов и осей: Учебное пособие. - Архангельск: ИПЦ САФУ. 2012.
4. Прокофьев Г.Ф,, Дундин Н.И., Микловцик Н.Ю. Валы и оси. Муфты. Шпоночные и шлицевые соединения: Учебное пособие. - Архангельск. Изд-во АГТУ. - 2003.
5. Прокофьев Г.Ф,, Дундин Н.И., Микловцик Н.Ю. Подшипники. Смазка и смазочные устройства. Уплотнения: Учебное пособие. - Архангельск. Изд-во АГТУ. - 2004.