Расчет двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора

- коэффициент  нагрузки

 

,

- степень точности передачи

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки по  ширине венца, равный 1.05

- коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, равный 1.07

 

 МПа 

11. Максимальная кратность кратковременных перегрузок
1. Контактные напряжения

 

2. Изгибные напряжения

 

 

 

12. Остальные геометрические параметры

- внешний делительный диаметр  колеса:

 ,  мм

- высота головки зубьев в среднем сечении:

,  мм

- высота ножки в среднем сечении:

,  мм

-угол головки зубьев:

,

-угол головки зубьев:

,

-угол конуса вершин зубьев:

,

,

-угол конуса впадин зубьев:

,

,

-внешняя высота головки зубьев

, мм

5. Первый этап эскизного проектирования
1. Расчет и конструирование консольных участков редуктора
1. Быстроходный вал

1.Диаметр консольного участка приближенно находим по величине передаваемого момента.

 , мм

Так как этот  участок вала соединяется  с валом двигателя по средствам  муфты целесообразно принять  диаметр вала редуктора равным диаметру вала электродвигателя.

Принимаем мм

2.Длина цилиндрической ступени консольного  участка регламентируется ГОСТом и зависит от диаметра вала.

  мм

3.Выбор шпонки

Шпонка подбирается в соответствии с ГОСТом и зависит от диаметра вала.

Шпонка «призматическая»

 мм, мм,   мм, _мм,  мм

4.Ширина подшипника для быстроходного вала принимается приближенно,

  мм.

5.Расчетная длина консольного участка

- расстояние от опоры вала до вращающейся детали мм

   ,    мм

6.Диаметр вала под подшипником

, мм

Ближайшее стандартное значение мм

2. Тихоходный вал

 1.Диаметр консольного участка приближенно находим по величине передаваемого момента.

, мм

Принимаем мм

2.Длина цилиндрической  ступени консольного  участка  регламентируется ГОСТом и зависит от диаметра вала.

  мм

3.Выбор шпонки

Шпонка подбирается  в соответствии с ГОСТом и зависит от диаметра вала.

Длина шпонки принимается мм

Шпонка «призматическая»

 мм, мм,   мм, _мм,  мм

4.Ширина  подшипника для тихоходного вала принимается приближенно,

 мм.

5.Расчетная  длина консольного участка

- расстояние от опоры вала  до вращающейся детали  мм

   ,    мм

6.Диаметр  вала под подшипником

, мм

Ближайшее стандартное  значение мм

2. Эскизное проектирование редуктора

 

1. Расчетная длина быстроходного вала

 

, мм

, мм

 мм

Где:

  - ширина зубчатого венца шестерни

  мм

 мм

 

2. Расчетная длина промежуточного вала

 

, мм

, мм

, мм

 мм

Где:

  - ширина зубчатого венца конического колеса

- ширина зубчатого цилиндрической шестерни

 мм

 мм

3. Расчетная длина тихоходного вала

 

, мм

, мм

 мм

6. Расчет валов
1. Расчетная схема редуктора с силами в зацеплении.
1. Определение сил в зацеплении, определение реакций опор быстроходного вала.

Исходные данные:

 Н

Н

 Н

, Н

Проекция сил на плоскость YOZ:

 

  , Н

 

,  
Н

,   ,

 

Проекция сил на плоскость XOZ:

 

 

 Н

 

 

 Н

,  

 

2. Определение сил в зацеплении, определение реакций опор промежуточного вала.

 Исходные данные:

 Н

Н

 Н

 Н 

 Н

 

Проекция сил на плоскость YOZ:

 

 

 Н

 

 

  Н

,  

 

Проекция сил на плоскость XOZ:

 

 

  Н

 

 

  Н

,  

 

3. Определение сил в зацеплении, определение реакций опор тихоходного  вала.

Исходные данные:

7Н

 Н

, Н

Проекция сил на плоскость YOZ:

 

 

 Н

 

 

Н

,  

 

Проекция сил на плоскость XOZ:

 

 

 Н

 

 

Н

,  

 

2. Проверочный расчет промежуточного вала

Выбираем материал для вала:

Сталь 20

 МПа ,  МПа ,  МПа ,  МПа ,  МПа

Построение эпюр изгибающих моментов

Изгибающий момент, плоскость YOZ в сечении

,  Н*м

Изгибающий момент, плоскость YOZ в сечении

,  Н*м

Изгибающий момент, плоскость XOZ в сечении

,  Н*м

  , Н*м

Изгибающий момент, плоскость YOZ в сечении

, 

Н*м

Результирующий изгибающий момент в сечении 

,    Н*м

  ,  Н*м

Результирующий изгибающий момент в сечении 

,    Н*м

 

Проводим  расчет на прочность в сечении  с наибольшими изгибающими нагрузками.

,  Н*м

 – коэффициент  перегрузки

Моменты сопротивления

 мм³ , мм³

Нормальные и касательные напряжения в сечении 

,  МПа

  ,  МПа

Коэффициент запаса прочности по пределу текучести.

, 

,

Общий коэффициент  запаса прочности

  , 

  ,      статическая прочность в данном сечении обеспечена с запасом.

Сопротивление усталости.

   ,  МПа

   ,  МПа

Коэффициент снижения пределов выносливости.

,  ,  ,  , 

,  

,  

Пределы выносливости вала.

   ,  МПа

  ,  МПа

Коэффициенты  запаса  прочности по нормальным и касательным напряжениям.

, 

,

Общий коэффициент  запаса усталостной прочности

  , 

  ,      сопротивление усталости вала сечении не обеспечена,

поэтому принимаем материал вала Сталь 20Х

, 

,

  , 

  ,      сопротивление усталости вала сечении обеспеченно с запасом.

3. Проверочный расчет тихоходного вала

Выбираем материал для вала:

Сталь 45

 МПа ,  МПа ,  МПа ,  МПа ,  МПа

Проводим расчет на прочность в  сечении с наибольшими изгибающими  нагрузками.

,  Н*м

 – коэффициент  перегрузки

Моменты сопротивления

 мм³ , мм³

Нормальные и касательные напряжения в опасном сечении

,  МПа

  ,  МПа

Коэффициент запаса прочности по пределу текучести.

, 

,

Общий коэффициент  запаса прочности

  , 

  ,      статическая прочность в данном сечении обеспечена с запасом.

Сопротивление усталости.

   ,  МПа

   ,  МПа

Коэффициент снижения пределов выносливости.

,  ,  ,  , 

,  

,  

Пределы выносливости вала.

   ,  МПа

  ,  МПа

Коэффициенты  запаса  прочности по нормальным и касательным напряжениям.

, 

,

Общий коэффициент  запаса усталостной прочности

  , 

  ,      сопротивление усталости вала сечении обеспечено с запасом

  , 

  ,      сопротивление усталости вала сечении обеспеченно с запасом.

7. Расчет и проверка шпонок

1. На быстроходном валу, консольный участок  Ø42 мм

«Шпонка призматическая 12 х 8 х 90 ГОСТ 23360 – 78»

Проверка  шпонки на срез

 , - сила среза , кН

, -рабочая длина шпонки , мм

 Н/мм²

  ,    Н/мм² ,  -удовлетворяет условию прочности

Напряжение  смятия

,  Н/мм²

  ,    Н/мм² , материал Сталь 6 , -удовлетворяет условию прочности

2. На промежуточном валу

1. Участок под коническим колесом Ø40 мм

«Шпонка призматическая 12 х 8 х 20 ГОСТ 23360 – 78»

Проверка  шпонки на срез

 , - сила среза , кН

, -рабочая длина шпонки , мм

 Н/мм²

  ,    Н/мм² ,  -удовлетворяет условию прочности

Напряжение  смятия

,  Н/мм²

  ,    Н/мм² , материал Сталь 6 , -удовлетворяет условию прочности

2. Участок под цилиндрическим колесом  Ø32 мм

«Шпонка призматическая 10 х 8 х 70 ГОСТ 23360 – 78»

Проверка  шпонки на срез

 , - сила среза , кН

, -рабочая длина шпонки , мм

 Н/мм²

  ,    Н/мм² ,  -удовлетворяет условию прочности

Напряжение  смятия

,  Н/мм²

  ,    Н/мм² , материал Сталь 6 , -удовлетворяет условию прочности

 

3.  На тихоходном валу

1. Участок под цилиндрическим колесом  Ø70 мм

«Шпонка призматическая 20 х 12 х 65 ГОСТ 23360 – 78»

Проверка  шпонки на срез

 , - сила среза , кН

, -рабочая длина шпонки , мм

 Н/мм²

  ,    Н/мм² ,  -удовлетворяет условию прочности

Напряжение  смятия

,  Н/мм²

  ,    Н/мм² , материал Сталь 6 , -удовлетворяет условию прочности

2. Консольный участок Ø50 мм

«Шпонка призматическая 16 х 10 х 100 ГОСТ 23360 – 78»

Проверка  шпонки на срез

 , - сила среза , кН

, -рабочая длина шпонки , мм

 Н/мм²

  ,    Н/мм² ,  -удовлетворяет условию прочности

Напряжение  смятия

,  Н/мм²

  ,    Н/мм² , материал Сталь 6 , -удовлетворяет условию прочности

 

8. Выбор и расчет подшипников.

8.1 На быстроходном валу.

Суммарные реакции опор

,  Н

,  Н

Из каталога выбираем шариковый  радиально-упорный подшипник 46310

 мм ,  мм ,  мм , ,  кН,  кН, 

Осевая  реакция

 Н

 Н

 Н

 Н

Определение коэффициентов для расчета динамических нагрузок

 

 

Эквивалентные динамические нагрузки

 Н

 Н

Расчетный ресурс работы подшипника

 часов.

 кН

 

,    выбранный подшипник подходит по динамическим нагрузкам.

 

2. На промежуточном валу.

Суммарные реакции опор

,  Н

,  Н

Из каталога выбираем шариковый  радиально-упорный подшипник 46310

 мм ,  мм ,  мм,  кН,  кН, 

Осевая  реакция

 Н

 Н

 Н

 Н

Определение коэффициентов для расчета динамических нагрузок

 

 

Эквивалентные динамические нагрузки

 Н

 Н

Расчетный ресурс работы подшипника

 часов.

 кН

 

,    выбранный подшипник подходит по динамическим нагрузкам.

 

3. На тихоходном валу.

Суммарные реакции опор

,  Н

,  Н

Из каталога выбираем конический с  короткими цилиндрическими роликами подшипник 2312

 мм ,  мм ,  мм,  кН,  кН, 

Осевая  реакция отсутствует 

Эквивалентные динамические нагрузки

 Н

  Н

Расчетный ресурс работы подшипника

 часов.

 кН

 

,    выбранный подшипник подходит по динамическим нагрузкам.

 

9. Конструирование литых корпусных деталей.

- толщина стенки корпуса редуктора  принимаем мм

- толщина стенки крышки  мм

- толщина верхнего фланца корпуса   мм

- толщина фундаментальных лап    мм

- ширина фланца  мм

- расстояние  от оси  болта  до стенки корпуса   мм

- толщина фланца крышки  мм

- диаметр фундаментальных болтов 

- диаметр болтов стягивающих  крышку и корпус  , 

- ширина опорной поверхности  нижнего фланца  мм

- толщина  ребер  мм

- минимальный зазор между колесом  и корпусом  мм

- высота центров    мм

10. Смазка в редукторе

Выбор смазочного материала основан  на опыте эксплуатации машин. Принцип  назначения сорта масла следующий: чем выше контактное давление в зубьях, тем с большей вязкостью должно обладать масло, чем выше окружная сила колеса, тем меньше должна быть вязкость масла.

Вязкость масла определяют от контактного  напряжения и окружной скорости колес.

Из таблицы выбираем сорт масла учитывая перечисленные выше параметры. Исходя из полученных результатов расчета редуктора выбираем масло И-Г-С_68. Оно наиболее подходит для данного типа редуктора! В коническо-цилиндрических редукторах в масляную ванну должны быть обязательно погружены зубья конического колеса.

Подшипники смазываются тем  же маслом, что и детали передач.

При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами работы передач. С течением времени масло стареет. Его свойства ухудшаются. Для контроля количества и состояния используют специальный масломер.

11. Порядок сборки

11.1  Сборка узлов 

- быстроходный вал с подшипниками , стаканом и шпонкой

- промежуточный вал с коническим,  цилиндрическим колесами подшипниками  и  шпонками

- тихоходный вал с цилиндрическим  колесом подшипниками и шпонками