Проектирование привода

 Ft = 3484 H, Fr = 1280 H, Fa =489,6 H.

Материал вала – сталь  45; прочностные характеристики: предел прочности σв = 560 МПа, предел текучести σт = 280 МПа, предел текучести при кручении τт = 150 МПа, предел выносливости при изгибе σ–1 = 250 МПа, предел выносливости при кручении τ–1 = 150 МПа [4, прилож. Д].

Расчет:

4.3.1 Определение реакций в шарнирных опорах

Радиальная сила на вал  от упругой втулочно-пальцевой муфты:

 где 

- диаметр окружности, на  которой расположены пальцы упругой  муфты [3].

 После проведения сил  к оси вала дополнительно получили  изгибающий момент  в вертикальной плоскости:

Радиальные реакции опор от сил, действующих на вал определяем из уравнений равновесия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реакции опор в вертикальной плоскости (V):

• Сумма моментов относительно опоры (А)

- Сумма относительно опоры  (В):

Проверка:

Реакции опор в горизонтальной плоскости (H):

• Сумма моментов относительно опоры (А):

• Сумма моментов относительно опоры (В):

Проверка:

Суммарные реакции опор, необходимые для расчета подшипников:

Радиальные реакции опор от радиальной силы муфты определяем из уравнений равновесия:

- Сумма моментов относительно  опоры (А)

- Сумма моментов относительно  опоры (В)

Проверка:

Максимальные радиальные реакции опор:

4.3.2 Определение внутренних силовых факторов

Определение внутренних изгибающих моментов от действия сил, меняющих свое положение относительно вращающегося вала:

В вертикальной плоскости (V):

- в сечении для левой  части балки на границе 1-го  участка:

- в сечении для левой  части балки на границе 2-го  участка:

В горизонтальной плоскости (Н):

- в сечении для левой  части балки на границе 1-го  участка:

- в сечении для левой  части балки на границе 2-го  участка:

Определение внутренних изгибающих моментов от действия сил:

- в сечении для левой  части балки на границе 1-го  участка:

- в сечении для левой  части балки на границе 2-го  участка:

Суммарные изгибающие моменты  от сил:

Максимальные суммарные  изгибающие моменты:

Эквивалентные моменты на границах участков:

4.3.3 Расчет на статическую прочность

 Геометрические характеристики в опасном сечении вала [4, прилож. Ж]:

Осевой момент сопротивления  сечения, ослабленного шпоночной канавкой. Для обычной призматической шпонки размеры ее сечения зависят от диаметра вала и определяются по справочной литературе.

 

Диаметр вала под ступицей зубчатого колеса ширина сечения шпонки высота сечения шпонки

Действующее в опасном  сечении вала эквивалентное напряжение:

, где  из[2]

Определение коэффициента, учитывающего снижение механических свойств  металла с ростом размера заготовки  вала из легированной стали по сравнению  с образцом при испытании.

 Где диаметр образца  принимаем (по справочным данным) мм

Допускаемое напряжение по пределу текучести:

Проверка условия статической  прочности:

Условия статической прочности  вала выполняется.

4.3.4 Расчет вала на сопротивление усталости

Амплитудное и среднее  значение цикла изменения нормальных напряжений в сечении вала с максимальным моментом при изгибе:

Полярный момент сопротивления  сечения, ослабленного шпоночной канавкой.

Амплитудное и среднее  значение цикла изменения касательных  напряжений в опасном сечении  вала при кручении:

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений нормальных и касательных для шпоночного паза изготовленного концевой («пальцевой») фрезой [1]:

(при )

Коэффициенты чувствительности металла к концентрации напряжений и масштабному фактору для  нормальных и касательных напряжений при  :

Коэффициенты влияния  абсолютных размеров поперечного сечения  вала для нормальных и касательных  напряжений

- при изгибе

- при кручении

Отношение и для концентратора напряжений – шпоночный паз:

;

Определяем отношения  и для вала с напрессованной ступицей зубчатого колеса при

- при изгибе

- при кручении

Так как отношение коэффициента концентратора напряжения к коэффициенту масштабного фактора для опасного сечения вала у напрессованной ступицы больше, чем у шпоночного паза, то в дальнейшем учитываем коэффициенты от запрессовки.

Определяем коэффициенты влияния качества обработки поверхности, принимая шероховатость вала под  ступицей , что примерно соответствует :

- при изгибе

- при кручении

Коэффициент влияния поверхностного упрочнения при обкатке вала роликом для получения поверхностного наклепа при [4, прилож. И]:

Коэффициент чувствительности материала вала к ассиметрии цикла  напряжений:

- при изгибе 

- при кручении 

Коэффициент запаса прочности  вала по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности  вала по касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности:

>[S]=1,9

Условие сопротивления вала усталости выполняется.

4.3.Расчет промежутучного  вала редуктора на прочность Из предварительного расчета и конструирования вала( компоновка редуктора, РГР№2)  получили необходимые для расчета валов: Исходные данные. На рисунке К.3 приведена конструкция вала.

Вращающий момент на валу Т = 15274,19 Н∙м.

Делительный диаметры d_w2 = 480 мм

                                          d_w3 = 270 мм

Силы, действующие на вал  от зацепления колеса с шестерней  цилиндрической косозубой передачи:

 Ft₂ = 9416 H, Fr₂ = 3460 H, Fa₂ =1323 H.

Ft₃ = 16786 H, Fr₃ = 6169 H, Fa₃ =2359 H.

Материал вала – сталь  45; прочностные характеристики: предел прочности σв = 560 МПа, предел текучести σт = 280 МПа, предел текучести при кручении τт = 150 МПа, предел выносливости при изгибе σ–1 = 250 МПа, предел выносливости при кручении τ–1 = 150 МПа [4, прилож. Д].

Расчет:

4.3.1 Определение  реакций в шарнирных опорах

Находим нужные силы для  расчета:

 где 

- делительный диаметр.

 После проведения сил  к оси вала дополнительно получили изгибающие моменты в вертикальной плоскости:

Радиальные реакции опор от сил, действующих на вал определяем из уравнений равновесия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реакции опор в вертикальной плоскости (V):

• Сумма моментов относительно опоры (А)

- Сумма относительно опоры  (В):

Проверка:

Реакции опор в горизонтальной плоскости (H):

• Сумма моментов относительно опоры (А):

• Сумма моментов относительно опоры (В):

Проверка:

Суммарные реакции опор, необходимые для расчета подшипников:

4.3.2 Определение  внутренних силовых факторов

Определение внутренних изгибающих моментов от действия сил, меняющих свое положение относительно вращающегося вала:

В вертикальной плоскости (V):

- в сечении для левой  части балки на границе 1-го  участка:

 

- в сечении для левой  части балки на границе 2-го  участка:

В горизонтальной плоскости (Н):

- в сечении для левой  части балки на границе 1-го  участка:

 

- в сечении для левой  части балки на границе 2-го  участка:

Суммарные изгибающие моменты  от сил:

В сечении  :

В сечении 

Эквивалентные моменты на границах участков:

Для промежуточного вала редуктора:

 

4.3.3 Расчет на  статическую прочность

Геометрические характеристики в опасном сечении вала [4, прилож. Ж]:

Осевой момент сопротивления  сечения, ослабленного шпоночной канавкой. Для обычной призматической шпонки размеры ее сечения зависят от диаметра вала и определяются по справочной литературе.

Диаметр вала под ступицей зубчатого колеса

Действующее в опасном  сечении вала эквивалентное напряжение:

, где  Из[2]

Определение коэффициента, учитывающего снижение механических свойств  металла с ростом размера заготовки  вала из легированной стали по сравнению  с образцом при испытании.

 Где диаметр образца  принимаем (по справочным данным) мм

Допускаемое напряжение по пределу текучести:

Проверка условия статической  прочности:

Условия статической прочности  вала выполняется.

4.3.4  Расчет  вала на сопротивление усталости 

Амплитудное и среднее  значение цикла изменения нормальных напряжений в сечении вала с максимальным моментом

при изгибе:

Полярный момент сопротивления сечения

Амплитудное и среднее  значение цикла изменения касательных  напряжений в опасном сечении  вала при кручении:

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений нормальных и касательных для шпоночного паза изготовленного концевой («пальцевой») фрезой [1]:

(при )

Коэффициенты чувствительности металла к концентрации напряжений и масштабному фактору для  нормальных и касательных напряжений при  :

Коэффициенты влияния  абсолютных размеров поперечного сечения  вала для нормальных и касательных  напряжений

- при изгибе

- при кручении

Отношение и для концентратора напряжений – шпоночный паз:

;

Определяем отношения  и для вала с напрессованной ступицей зубчатого колеса при

- при изгибе

- при кручении

Так как отношение коэффициента концентратора напряжения к коэффициенту масштабного фактора для опасного сечения вала у напрессованной ступицы  больше, чем у шпоночного паза, то в дальнейшем учитываем коэффициенты от запрессовки.

Определяем коэффициенты влияния качества обработки поверхности, принимая шероховатость вала под  ступицей , что примерно соответствует :

- при изгибе

- при кручении

Коэффициент влияния поверхностного упрочнения при обкатке вала роликом для получения поверхностного наклепа при [4, прилож. И]:

Коэффициент чувствительности материала вала к ассиметрии цикла  напряжений:

- при изгибе 

- при кручении 

Коэффициент запаса прочности  вала по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности  вала по касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности:

>[S]=1,9

Условие сопротивления вала усталости выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Подбор подшипников

5.1. Подбор подшипников качения для опор тихоходного вала цилиндрического зубчатого редуктора с прямозубой передачей.

Исходные данные:

Расчетная схема вала с  опорами (рис. 6).

 Максимальные радиальные  реакции опор (из  п.4.3.1.):

Fr_Аmax = 22130 Н; F_rВmax = 69325 Н.

Внешняя осевая сила, действующая  на вал от зацепления Fa₄ =4520 H. Частота вращения вала n = 10,3 мин–1.

 Требуемый ресурс при  вероятности безотказной работы 90% Lh = 10000 ч. Диаметр посадочных поверхностей вала d = 160 мм (из компоновки редуктора).

 При работе вала  возможны кратковременные перегрузки  до 150% номинальной нагрузки. Условия  эксплуатации подшипников – нормальные. Ожидаемая рабочая температура t = 50 ºC.

Рисунок 6 – Расчетная схема

5.1.1.Выбор типоразмера подшипников и определение их долговечности.

1. Предварительно назначаем,  шариковые радиально- упорные однорядные подшипники (ГОСТ 831-75) – 46232. Схема установки подшипников – враспор.