Расчет передвижения тележки противовеса крана КБ-674

Нагрузку от цепной передачи на вал принять:

F_цх=F_кц×cos30°=3838,1∙0,866=3323,8Н

F_цу=F_кц×sin30°=3838,1∙0,5=1919Н

Определяем реакции  в опорах:

а) вертикальная плоскость:

                                                       (3.25)

;

Н

              

Н

Произведём проверку найденных реакций:

                  

                   реакции найдены верно.

б) горизонтальная плоскость:

         

;                               

     

Произведём проверку найденных реакций:

                  

                   реакции найдены верно.

Определим изгибающие моменты и  построим их эпюры (рис. 3.2):

а) вертикальная плоскость:

рассмотрим участок 1 0<x>0,08м

                                                                                               (3.26)

    При x=0 

    При x=0,08 M_1-1x=-3323,8∙0,08=-265,9Н∙м

 рассмотрим участок 2 0<x>0,075м

                                                                                              

    При x=0 

    При x=0,075 M_2-2x=-3323,8∙0,1575+3741,8·0,075=-234,6Н∙м

рассмотрим участок 3 0<x>0,075м

                                                                                                (3.27)

    При x=0 M_3-3x=0

    При x=0,075м

б) горизонтальная плоскость:

рассмотрим участок 1 0<y>0,08м

                                                                                                    (3.28)

    При y=0 M_1-1y=0

    При y=0,08м

Рассмотрим участок 2 0<y>0,075м

                                                                            (3.29)

    При y=0 M_2-2Y=-153,5Н^.м

    При y=0,075м M_2-2y=-1919∙0,1575+1715,5∙0,075=-173,6Н∙м

Рассмотрим участок 3 0<y>0,075м

                                                                           

    При y=0 M_3-3=0Н^.м

    При y=0,075м M_3-3y=-1189,6∙0,075=-89,2Н∙м 

По определённым реакциям строим эпюры изгибающих моментов (рис 3.4).

      Рис. 3.4. Силы действующие на тихоходный вал

 

Определяем суммарные  реакции в опорах:

Н; 

Н.

Определяем суммарный  изгибающий момент в опасном сечении  вала:

                          , 

        где, М_х – максимальный момент в плоскости XOZ, М_х = 265,9 Нм;

                    М_у – максимальный момент в плоскости YOZ, M_y = 153,5 Нм.

                   Нм.

Определяем эквивалентный изгибающий момент:

             Нм. 

Определяем диаметр вала в опасном  сечении:

                          ,                                                 (3.30)

где, [s_–1]_и – предел прочности при симметричном цикле нагружения, [s_–1]_и = 60 МПа.

               мм < мм.

 

Проверочный расчет вала

 

Наметив конструкцию  вала, установив основные его размеры, выполняют уточненный проверочный  расчет, заключающийся в определении  коэффициента запаса прочности S в опасном сечении.

Определяем коэффициент  запаса прочности в опасном сечении:

, (3.31)

        где, S_s – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

                 S_t – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

, (3.32)

где, s_–1 – предел выносливости стали при симметричном цикле нагружения;

k_s/e_s- отношение коэффициента нормальных напряжений и масштабного фактора напряжений; k_s/e_s=3,6[4]

b – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, b = 0,95 [1];

s₀ – амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба в рассматриваемом сечении;

y_m – коэффициент, учитывающий влияние среднего напряжения цикла;

s_m – среднее напряжение цикла, s_m = 0.

Определяем предел выносливости стали при симметричном цикле  нагружения:

, (3.33)

где, s_в – предел прочности на растяжение материала вала, s_в = 780 МПа [1].

МПа.

Определяем амплитуду цикла  нормальных напряжений:

МПа. (3.34)

Определяем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

, (3.35)

где, t_–1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения;

k_ι/e_ι- отношение коэффициента касательных напряжений и масштабного фактора напряжений; k_ι/e_ι =2,52[1] 

b – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, b = 0,95 [1];

t₀ – амплитуда цикла касательных напряжений, равная наибольшему касательному напряжению в рассматриваемом сечении;

y_m – коэффициент, учитывающий влияние среднего напряжения цикла, y_m = 0,1 [1];

t_m – среднее напряжение цикла, равное амплитуде цикла касательных напряжений t₀.

Определяем предел выносливости стали при симметричном цикле кручения:

МПа. (3.36)

Определяем амплитуду  цикла касательных напряжений

, (3.37)

где, W_r – момент сопротивления сечения кручению.

Определяем момент сопротивления  сечения кручению:

мм³. (3.38)

МПа.

>

Условие прочности выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

 

Выбираем шпонки призматические из стали 45.Шпонки проверяем на смятие по формуле [4]:

                                                                                                      (4.1)

Для соединения входного вала с муфтой принимаем шпонку 10 8 40 ГОСТ 23360-78[1].

                              

Для соединения выходной вал с колесом червяка принимаем шпонку 16 10 63 ГОСТ 23360-78.

                               

Для соединения выходной вал со звёздочкой принимаем шпонку 12 8 56 ГОСТ 23360-78.

                                

 

 

      Рис. 4.1. Эскиз шпоночного соединения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ

 

Схемы установки подшипников  качения. Для предотвращения заклинивания тел качения, вызываемого температурным удлинением вала или неточностью изготовления деталей подшипникового узла, применяют две основные схемы установки подшипников:

1)  с фиксированной  и плавающей опорой;

2)  с фиксацией враспор.

По схеме 1 в одной  опоре устанавливают подшипник, фиксирующий положение вала относительно корпуса в обоих направлениях; он жестко крепится в осевом направлении как на валу, так и в расточке корпуса. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и двустороннюю осевые нагрузки. Внутреннее кольцо второго подшипника жестко (с помощью разрезного кольца) крепится на валу в осевом направлении; внешнее кольцо может свободно перемещаться вдоль оси стакана. Для свободного перемещения внешнего кольца подшипника в стакане необходимо назначить соответствующую посадку с зазором, а также обеспечить соответствующий зазор.

В качестве плавающей  опоры выбирают ту, которая воспринимает меньшую радиальную нагрузку. При значительных расстояниях между опорами для увеличения жесткости фиксирующей опоры часто устанавливают два однорядных радиально-упорных шарикоподшипника или два конических роликоподшипника. Такая установка характерна для червячных редукторов (для вала червяка).

В узлах, спроектированных по схеме 2, наружные кольца подшипников  упираются в торцы крышек, а  торцы внутренних колец – в  буртики вала.

Во избежание защемления тел качения от температурных деформаций предусматривают зазор, превышающий тепловое удлинение.

 

5.1. Расчет подшипников  ведущего вала

 

Так как на ведущем валу есть осевая сила, то принимаем роликоподшипник конический однорядный серии 7208 ТУ 37.006.162-89. Для которого d=40мм, D=80мм, e=0,37мм, B=20мм, C =46,5kH, T=19,75 мм [6]

Устанавливаем схему подшипников враспор (рис. 5.1).

Определяем расстояние L_баз между точками приложения реакций:

, (5.1)

где L – межопорное расстояние для вала, L = 350 мм;

Т – наибольшая ширина подшипника, Т = 19,75 мм;

а – расстояние от точки  приложения реакции до дальнего торца  подшипника.

Определяем расстояние а:

, (5.2)

где, d – диаметр внутреннего кольца подшипника, d = 40 мм ;

D – диаметр внешнего кольца подшипника, D = 80 мм ;

е^ГОСТ – коэффициент осевого нагружения подшипника, e^ГОСТ = 0,37.

мм.

мм.

Из этого получаем, что f`=72,4 мм.

                  Рис 5.1 Схема установки конического подшипника враспор

 

Пересчитываем реакции  в опорах вала, используя готовые  формулы раздела 3.

а) вертикальная плоскость:

                                                           

                Н

                                                           

Произведём проверку найденных реакций:

                        

                            реакции найдены верно.

б) горизонтальная плоскость:

            

;

             

Произведём проверку найденных реакций:

                          

                           реакции найдены верно.

Определяем суммарные  реакции в подшипниках:

Н; (5.3)

Н. (5.4)

Определяем осевые составляющие от радиальных реакций:

Н, (5.5)

Н. (5.6)

Для определения осевой расчетной нагрузки F_a на подшипник определяют алгебраическую сумму всех внешних осевых сил F_x и осевых составляющих S от радиальных реакций R.

При этом считают, что осевые силы, нагружающие данный подшипник, – положительные (+), разгружающие его – отрицательные (-).

Определяем осевые нагрузки на подшипниках:

                         1:  -S₁+S₂-F_x<0,т о F_a1 = S₁                                                       (5.7)

                                       F_1a=294,8Н

                          2:  S₁-S₂+F_x>0, то F_a2 = F_x+S₁                                                                 (5.8)

                                        F_a2=294,8+2709,4=3004,2H

Дальнейший расчет ведем  для наиболее нагруженного подшипника, в данном случае это подшипник второй опоры.

Определяем действительный коэффициент осевого нагружения:

, (5.9)

где К_к – кинематический коэффициент, при вращении внутреннего кольца  К_к = 1,0 [4].