3 часть. 3 Расчет зубчатых колес редуктора. Исходных данных для расчета зубчатых колес редуктора принимаем из кинематического расчета привода следующим образом
Скачать 61.9 Kb.
|
3.1. Расчет зубчатых колес редуктора. Исходных данных для расчета зубчатых колес редуктора принимаем из кинематического расчета привода следующим образом: об/мин Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками (см. гл. III, табл. 3.3); для шестерни сталь 45, термическая обработка — улучшение, твердость НВ 230; для колеса - сталь 45, термическая обработка -улучшение, но твердость на 30 единиц ниже — НВ 200. Допускаемые контактные напряжения [формула (3.9)] где Н lim b – предел контактной выносливости при базовом числе циклов По табл. 3.2 гл. для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее НВ 350 и термической обработкой (улучшением) Н lim b= 2 НВ + 70 КHL— коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора, принимают КHL= 1; коэффициент безопасности SH = 1,10. Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение по формуле (3.10) гл. . [н] = 0,45 ([н1] + [н2]); для шестерни для колеса 427 МПа Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение [н] = 0,45 (482 + 427) = 410 МПа. Требуемое условие [н] 1,23 [н2] выполнено. Коэффициент КН, несмотря на симметричное расположение колес относительно опор, примем выше рекомендуемого для этого случая, так как со стороны цепной передачи действуют силы, вызывающие дополнительную деформацию ведомого вала и ухудшающие контакт зубьев. Принимаем предварительно по табл. 3.1, как в случае несимметричного расположения колес, значение КН = 1,25. Принимаем для косозубых колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев по формуле (3.7) гл. III где для косозубых колес Ка= 43, а передаточное число нашего редуктора и = ир = 3,15. Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 aw = 160 мм. Нормальный модуль зацепления принимаем по следующей рекомендации: тп= (0,01 0,02) aw= (0,01 0,02) 140 = 2,4 мм; принимаем по ГОСТ 9563 — 60* тп = 2,4 мм. Примем предварительно угол наклона зубьев = 10° и определим числа зубьев шестерни и колеса [см. формулу (3.16): Принимаем z1 = 31; тогда z2 = z1и = 31 5 = 97. Уточненное значение утла наклона зубьев =0,96 β=16˚15` Основные размеры шестерни и колеса: Диаметры делительные мм Проверка: диаметры вершин зубьев: мм ширина колеса b2= baaw = 0,4 . 160 = 64 мм: ширина шестерни b1= b2 + 5 мм = 69 мм. Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру: Окружная скорость колес и степень точности передачи м/с. При тaкой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности. Коэффициент нагрузки KH=KHβKHαKHv. Значения Кнданы в табл. 3.5; при bd = 0,89 твердости НВ 350 и несимметричном расположении колес относительно опор с учетом изгиба ведомого вала от натяжения цепной передачи Кн1,11. По табл. 3.4 гл. III при v= 1,88 м/с и 8-й степени точности КН 1,08. По табл. 3.6 для косозубых колес при v 5 м/с имеем КН v = 1,0. Таким образом, КН= 1,155 х 1,08 х 1,0 = 1,245. Проверка контактных напряжений по формуле (3.6): Мпа < . Силы, действующие в зацеплении [формулы (8.3) и (8,4) гл. VIII]: Окружная радиальная H; осевая Fa = Ft tg = 2715 tg 16° = 778 H. Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле (3.25): Здесь коэффициент нагрузки КF= КFКFv. По табл. 3.7. при bd = 0,89, твердости НВ 350 и несимметричном расположении зубчатых колес относительно опор KF = 1,33. По табл. 3.8 КFv = 1,3. Таким образом, коэффициент Kf= 1,33 . 1,3 = 1,73; YF — коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа зубьев zv[см. гл. III, пояснения к формуле (3.25)]: у шестерни у колеса Допускаемое напряжение по формуле (3.24) По табл. 3.9. для стали 45 улучшенной при твердости НВ 350 0Flim b = 1,8 НВ. Для шестерни 0Flim b = 1,8 . 200 = 360 МПа. SF = SF SF - коэффициент безопасности см. пояснения к формуле (3.24), где SF = 1,75 (по табл. 3.9), SF = 1 (для поковок и штамповок). Следовательно, SF = 1,75. Долпускаемые напряжения для шестерни МПа для колеса МПа Находим отношения для шестерни для колеса Дальнейший расчет следует вести для зубьев колеса, для котоорого найденное отношение меньше. Определяем коэффициенты Y и KF см. гл. , пояснения к формуле (3.25): для средних значений коэффициента торцового перекрытия = 1,5 и 8-й степени точности KF = 0,92. Проверяем прочность зуба колеса по формуле (3.25): Условие прочности выполнено. III. Предварительный расчет валов редуктора Предварительный расчет проведем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям. Ведущий вал: диаметр выходного конца при допускаемом напряжения [к] = 20 МПа по формуле. (8.16) гл. VIII Принимаем =35мм, =40мм (308 подшипник) Так как вал редуктора соединен муфтой с валом электродвигателя, то необходимо согласовать диаметры ротора dдв и вала dв1. Иногда принимают dв1 =dдв. Некоторые муфты, например УВП (см. гл. XI), могут соединять валы разных диаметров в пределах одного номинального момента. У подобранного электродвигателя (см. табл. П2) диаметр вала может быть 42 или 48 мм.Примем dдв= 40 мм. Выбираем МУВП по ГОСТ 21424 — 75 срасточками полумуфт под dдв = 40 мм и dв1 = 35 мм. Примем под подшипниками dп1 = 40 мм. Шестерню выполним за одно целое с валом. Иногда вал электродвигателя не соединяется непосредственно с ведущим валом редуктора, а между ними имеется ременная или цепная передача. Ведомый вал. Учитывая влияние изгиба вала от натяжения цепи, принимаем [к] = 20 МПа. Диаметр выходного конца вала Принимаем =45 мм, мм (310 подшипник) мм Принимаем ближайшее большее значение из стандартного ряда [см. гл. VIII, пояснения к формуле (8.16)]: dв2 = 45 мм. Диаметр вала под подшипниками принимаем dв2 = 45 мм, под зубчатым колесом dв2 = 50 мм. Диаметры остальных участков валов назначают исходя нз конструктивных соображений при компоновке редуктора. IV. Конструктивные размеры шестерни и колеса Шестерню выполняем за одно целое с валом (см. рис. 10.6. а); ее размеры определены выше: d1 = 77,5 мм; da1 = 82,3 мм; b1 = 64 мм. Колесо кованое (см. гл. X, рис. 10.2,а и табл. 10.1): d2= 243,3 мм: dа2 = 247,3 мм; b2= 69 мм Диаметр ступицы dст = l,6 dк2 = 1,6 . 55 = 88 мм; длина ступицы lст = = (1,21,5) dк2 = (1,2 1,5) . 55 = 74 мм, принимаем lст = 80 мм. Толщина oбода о = (2,54) тп= (2,54) . 2,4 = 6, принимаем о = 10 мм. Толщина диска С = 0,3 b2 = 0,3 . 69 = 20,7 мм. V. Конструктивные размеры корпуса редуктора (см. рис. 10.18 и табл. 10.2 и 10.3) Толщина стенок корпуса и крышки: = 0,025а + 1 = 0,025 160 + 1 =4 мм, принимаем = 8 мм: 1 = 0,02а + 1 = 0,02 160 + 1=4,2 мм, принимаем 1 = 8 мм. Толщина фланцев поясов корпуса к крышки: верхнего пояса корпуса и пояса крышки b = 1,5 = 1,5 8 = 12 мм; b1= 1,51 = 1,5 8 = 12 мм нижнего пояса корпуса р = 2,35 = 2,35 8 = 19 мм; принимаем р = 20 мм. Диаметр болтов: фундаментных d1 = (0,030,036)а + 12 = (0,030,36) 160 + 12 = 17,6 мм; принимаем болты с резьбой М20; крепящих крышку к корпусу у подшипников d2 = (0,7 0,75)d1 = (0,7 0,75) 22,23 = 15 мм; принимаем болты с резьбой М16; соединяющий крышку с корпусом d3 = (0,50,6) d1 = (0,5 0,6) 22,23 = 12 мм; принимаем болты с резьбой M12. VI. Расчет цепной передачи Выбираем приводную роликовую однорядную цепь (см. гл. VII. табл. 7.15). Вращающий момент на ведущей звездочке Т3 = Т2 = 315,09 103 Н.мм Передаточное число было принято ранее иц = 3,15 Число зубьев: ведущей звездочки [см. с. 148] z3 = 31 - 2 иц = 31 – 2 . 3,15 25; ведомой звездочки z4 = z3 иц = 25 . 3,15 = 79 Принимаем z3 = 25 и z4 = 79. Тогда фактическое Отклонение Расчетный коэффициент нагрузки см. гл. VII, формулу (7.38) и пояснения к ней. Кэ = kдkаkнkрkсмkп = 1 1 1 1 1,25 1 1 = 1,25, где kд = 1 – динамический коэффициент при спокойной нагрузке (передача к ленточному конвейеру); kа = 1 учитывает влияние межосевого расстояния kа = 1 при ац (3060)t; kн = 1 – учитывает влияние угла наклона линии центров (kн = 1, если этот угол не превышает 60о; в данном примере = 45о, см. рис. 12.1); kр учитывает способ регулирования натяжения цепи; kр = 1,25 при периодическом регилировании натяжения цепи; kсм = 1 при непрерывной смазке; kп учитывает продолжительность работы в сутки, при односменной работе kп = 1. Для определения шага цепи по формуле (7.38) гл. VII надо знать допускаемое давление р в шарнирах цепи. В табл. 7.18 допускаемое давление р задано в зависимости от частоты вращения ведущей звездочки и шага t. Поэтому для расчета по формуле (7.38) величиной р следует задаваться ориентировочно. Ведущая звездочка имеет частоту вращения Среднее значение допускаемого давления при п 200 об/мин р = 20 МПа. Шаг однорядной цепи (т = 1) Подбираем по табл. 7.15. цепь ПР-31, 75-88, 50 по ГОСТ 13568-75, имеющую t = 38,1 мм; разрушающую нагрузку Q 127 кН; массу q = 5,5 кг/м; Аоп = 394 мм2. Скорость цепи 7,38 м/с Окружная сила Давление в шарнире проверяем по формуле (7.39) МПа Уточняем по табл. 7.18 допускаемое давление [р] = 14 [1 + 0,01 (z3 - 17)] = = 14 [1 + 0,0,1 (25 - 17)] = 20,52 МПа. Условие р < [р] выполнено. В этой формуле 22 МПа — табличное значение допускаемого давления по табл. 7.18 при п = 200 об/мин и t = 38,1 мм. Определяем число звеньев цепи по формуле (7.36) ; . ; a=40t; Тогда . Округляем до четного числа Lt= 134 Уточняем межосевое расстояние цепной передачи по формуле (7.37) мм. Для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,4%, т.е. на 1562 0,004 6 мм. Определяем диаметры делительных окружностей звездочек [см. формулу (7.34)] Определяем диаметры наружных окружностей звездочек [см. формулу (7.35)] мм; мм; где d1 = 22,23 mm — диаметр ролика цепи (см. табл. 7.15); Силы, действующие на цепь: окружная Ftц = 2075 Н — определена выше; от центробежных сил Fv = qv2 = 5,5 2,272 28 Н, где q — = 5,5 кг/м по табл. 7.15; от провисания Ff = 9,81 kfqaц = 9,81 1,5 5,5 1,562 = 126,41 Н, где kf = 1,5 при угле наклона передачи 45°. Расчетная нагрузка на валы FB = Ftц + 2Ff = 2075 + 2 126,41 = 2327 Н. Проверяем коэффициент запаса прочности цепи [по формуле (7.40)] Это больше, чем нормативный коэффициент запаса [s] 9,8 (см. табл. 7.19); следовательно, условие s > [s] выполнено. Размеры ведущей звездочки: ступица звездочки dст= 1,6 . 55 = 88 мм; lст = (1,21,6) 55 = 6688 мм; принимаем lст = 85 мм; толщина диска звездочки 0,93Ввн = 0,93 25,4 23,622 мм, где Ввн — расстояние между пластинками внутреннего звена (см. табл. 7.15). Аналогично определяют размеры ведомой звездочки. VII. Первый этап компоновки редуктора Компоновку обычно проводят в два этапа. Первый этап служит для приближенного определения положения зубчатых колес и звездочки относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников. Компоновочный чертеж выполняем в одной проекции — разрез по осям валок при снятой крышке редуктора; желательный масштаб 1 : 1, чертить тонкими линиями. Примерно посередине листа параллельно его длинной стороне проводим горизонтальную осевую линию; затем две вертикальные линии — оси валов на расстоянии aw= 160 мм. Вычерчиваем упрощенно шестерню и колесо в виде прямоугольников; шестерня выполнена за одно целое с валом; длина ступицы колеса равна ширине венца и не выступает за пределы прямоугольника. Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса; а) принимаем зазор между торцом шестерни и внутренней стенкой корпуса А1 = 1,2; при наличии ступицы зазор берется от торца ступицы; б) принимаем зазор от окружности вершин зубьев колеса до внутренней стенки корпуса А = ; в) принимаем расстояние между наружным кольцом подшипника ведущего вала и внутренней стенкой корпуса А = ; если диаметр окружности вершин зубьев шестерни окажется больше наружного диаметра подшипника, то расстояние А надо брать от шестерни. Предварительно намечаем радиальные шарикоподшипники средней серии; габариты подшипников выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников dп1 = 40 мм и dп2 = 60 мм (см. рис. 12.3 и 12.5). По табл. ПЗ имеем:
Решаем вопрос о смазывании подшипников. Принимаем для подшипников пластичный смазочный материал. Для предотвращения вытекания смазки внутрь корпуса и вымывания пластичного смазочного материала жидким маслом из зоны зацепления устанавливают мазеудерживающие кольца (см. гл. IX, рис. 9.47). Их ширина определяет размер у = 812 мм. Измерением находим расстояния на ведущем валу l1= 65,821 мм и на ведомом l2 = 67,6 мм. Примем окончательно l1 = l2 = 67,6 мм. Глубина гнезда подшипника lг 1,5В; для подшипника 310 В = 27 мм; lг = 1,5 27 = 40,5 мм; примем lг = 40,5 мм. Толщину фланца крышки подшипника принимают примерно равной диаметру do отверстия; в этом фланце = 14 мм. Высоту головки болта примем 0,7dб = 0,7 14 = 9,6 мм. Устанавливаем зазор между головкой болта и торцом соединительного пальца цепи в 10 мм. Длину пальца l примем на 5 мм больше шага t. Таким образом, l= t+ 5 = 38,1 + 5 = 43,1 мм. Измерением устанавливаем расстояние l3= 65,78 мм, определяющее положение звездочки относительно ближайшей опоры ведомого вала. Примем окончательно l3 = 66 мм. VIII. Проверка долговечности подшипника Ведущий вал. Из предыдущих расчетов имеем Ft= 2715 Н, Fr= 1675 Н и Fа = 778 Н; из первого этапа компоновки l1 = 67,6 мм. Реакции опор: в плоскости хz H; в плоскости уz H; H; Проверка: Ry1 + R2 – Fr= 1060 + 614 – 1675 = 1 Cуммарные реакции H; H; Подбираем подшипники по более нагруженной опоре 1. Намечаем радиальные шариковые подшипники 308 (см. приложение, табл. ПЗ): d=40мм; D = 90 мм: В = 23 мм; С = 41,0 кН и С0 = 22,4 кН. Эквивалентная нагрузка по формуле (9.3) в которой радиальная нагрузка Рr1= 1722 Н: осевая нагрузка Рa = Fa= 778 Н; V= 1 (вращается внутреннее кольцо); коэффициент безопасности для приводов ленточных конвейеров Кб = 1 (см. табл. 9.19); КТ = 1 (см. табл. 9.20). Отношение этой величине (по табл. 9.18. соответствует е = 0,26. Отношение Х = 0,56 и Y= 1,88. H. Расчетная долговечность, млн. об Расчетная долговечность, ч что больше установленных ГОСТ 16162 — 85 Ведомый вал несет такие же нагрузки, как и ведущий : Ft= 2715 Н, Fr= 1675 Н и Fа = 778 Н; Нагрузка на вал от цепной передачи Fв = 6998 Н. Составляющие этой нагрузки H. Из первого этапа компоновки l2 = 67,6 мм и l3=86.39 мм. Реакции опор: в плоскости xz H H Проверка Rx3 + Rx4 – (Ft+ Fвх ) = 425 + 3764 – (2715 + 1470) = 0 в плоскости yz H H; Проверка Rу3 + Fву – (Fr+ Rу4) = 1080 + 1470 – (1675 + 875) = 0. Суммарные реакции H; H; Выбираем подшипники по более нагруженной опоре 4. Шариковые радиальные подшипники 310 средней серии (см. табл. ПЗ): d = 50 мм; D = 110 мм; В = 27 мм; С = 65,8 кН и С0 = 36,0 кН. Отношение этой величине (по табл. 9.18) соответст- вует е 0,20 (получаем, интерполируя). Отношение следовательно, X= 1, Y = 0. Поэтому Рэ = Pr4VKбKТ= 3865 1 1,2 1 = 4638 Н. (Примем Кб = 1,2, учитывая, что цепная передача усиливает неравномерность нагружения.) Расчетная долговечность, млн. об Расчетная долговечность, ч здесь п = 465,07 об/мин -частота вращения ведомого вала. Для зубчатых редукторов ресурс работы подшипников может превышать 36 000 ч (таков ресурс самого редуктора), но не должен быть менее 10 000 ч (минимально допустимая долговечность подшипника). В нашем случае подшипники ведущего вала 308 имеют ресурс Lh 60 . 103 ч, а подшипники ведомого вала 310 имеют ресурс Lh 100 . 103 ч. IX. Второй этап компоновки редуктора Второй этап компоновки имеет целью конструктивно оформить зубчатые колеса, валы, корпус, подшипниковые узлы и подготовить данные для проверки прочности валов и некоторых других деталей. Примерный порядок выполнения следующий. Вычерчиваем шестерню и колесо по конструктивным размерам, найденным ранее (см. п. IV). Шестерню выполняем за одно целое с валом. Конструируем узел ведущего вала: а) наносим осевые линии, удаленные от середины редуктора на расстояние l1. Используя эти осевые линии, вычерчиваем в разрезе подшипники качения (можно вычерчивать одну половину подшипника, а для второй половины нанести габариты); б) между торцами подшипников и внутренней поверхностью стенки корпуса вычерчиваем мазеудерживающне кольца. Их торцы должны выступать внутрь корпуса на 1—2 мм от внутренней стенки. Тогда эти кольца будут выполнять одновременно роль маслоотбрасывающих колец. Для уменьшения числа ступеней вала кольца устанавливаем на тот же диаметр, что и подшипники ( 40 мм). Фиксация их в осевом направлении осуществляется заплечиками вала и торцами внутренних колец подшипников; в) вычерчиваем крышки подшипников с уплотнительными прокладками (толщиной 1 мм) и болтами. Болт условно заводится в плоскость чертежа, о чем свидетельствует вырыв на плоскости разъема. Войлочные и фетровые уплотнения применяют главным образом в узлах, заполненных пластичной смазкой. Уплотнения манжетного типа широко используют как при пластичных, так и при жидких смазочных материалах (см. §9.5); г) переход вала 40 к присоединительному концу 32 мм выполняют на расстоянии 10—15 мм от торца крышки подшипника так, чтобы ступица муфты не задевала за головки болтов крепления крышки. Длина присоединительного конца вала 32 мм определяется длиной ступицы муфты. Аналогично конструируем узел ведомого вала. Обратим внимание на следующие особенности: а) для фиксации зубчатого колеса в осевом направлении предусматриваем утолщение вала с одной стороны и установку распорной втулки — с другой; место перехода вала от 65 мм к 60 мм смещаем на 2 — 3 мм внутрь распорной втулки с тем, чтобы гарантировать прижатие мазеудерживающего кольца к торцу втулки (а не к заплечику вала!). б) отложив от середины редуктора расстояние l2, проводим осевые линии и вычерчиваем подшипники*; в) вычерчиваем мазеудержнвающие кольца, крышки подшипников с прокладками и болтами; г) откладываем расстояние l3 и вычерчиваем звездочку цепной передачи; ступица звездочки может быть смещена в одну сторону для того, чтобы вал не выступил за пределы редуктора на большую длину. Переход от 60 мм к 55 мм смещаем на 2 — 3 мм внутрь подшипника с тем, чтобы гарантировать прижатие кольца к внутреннему кольцу подшипника (а не к валу!). Это кольцо — между внутренним кольцом подшипника и ступицей звездочки — не допускает касания ступипы и сепаратора подшипника; д) от осевого перемещения звездочка фиксируется па валу торцовым креплением. Шайба прижимается к торцу ступицы одним иди двумя винтами. Следует обязательно предусмотреть зазор между торцом вала и шайбой в 2 — 3 мм для натяга. На ведущем и ведомом валах применяем шпонки призматические со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78. Вычерчиваем шпонки, принимая их длины на 5 — 10 мм меньше длин ступиц. Непосредственным измерением уточняем расстояния между опорами и расстояния, определяющие положение зубчатых колес и звездочки относительно опор. При значительном изменении этих расстояний уточняем реакции опор * Если нет особых указаний, то можно располагать оси подшипников ведущего и ведомого валов на одной прямой линии. и вновь проверяем долговечность подшипников. X. Проверка прочности шпоночных соединений Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок — по ГОСТ 23360— 78 (см. табл. 8.9). Материал шпонок — сталь 45 нормализованная. Напряжения смятия и условие прочности по формуле (8.22) Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице [см] = 100120 МПа, при чугунной [см] = 5070 МПа. Ведущий в а л : d = 35 мм ; bх h = 10 х 8 мм ; t1 = 5 мм ; длина шпонки l = 70 мм (при длине ступицы полумуфты МУВП 80 мм, см. табл. 11.5); момент на ведущем валу Т1 = 105,23 . 103 Н.мм; (материал полумуфт МУВП — чугун марки СЧ 20). Ведомый вал. Из двух шпонок — под зубчатым колесом и под звездочкой - более нагружена вторая (меньше диаметр вала и поэтому меньше размеры поперечного сечения шпонки). Проверяем шпонку под звездочкой: d = 45 мм; bx h= 16 х 10 мм; tl= 6 мм; длина шпонки l = 80 мм (при длине ступицы звездочки 85 мм); момент Т3 = 315,09 . 103 Н.мм; (обычно звездочки изготовляют из термообработаниых углеродистых или легировачных сталей). Условие см < [см] выполнено. |