 |
|
|||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||
Меню |
|||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Рисунок 3 — Силы в червячном зацеплении и опорные реакции в плоскости xz Окружная сила на червячном колесе, равная осевой силе на червяке Ft2 = Fa1 = 2T2 / d2 Ft2 = Fa1 = (2 * 897000) / 320 = 5606,25 Н Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе Ft1 = Fa2 = 2T1 / d1 Ft1 = Fa2 = 2 * 69700 / 80 = 1742,5 H Радиальные силы на колесе и червяке Fz2 = Fz1 = Ft2tg20° Fz2 = Fz1 = 5606,25tg20° = 2040,5 Н Применяем правое направление витков червяка В плоскости xz Rx1 = Rx2 = Ft1 / 2 Rx1 = Rx2 = 1742,5 / 2 = 871,25 H В плоскости yz Ry1L1 + Fz1L1 / 2 – Fa1d1 / 2 = 0 Ry1 = Fz1L1 – Fa1d1 / 2 L1 = (2040,5 – 355 – 5606,25 * 80) / (2 * 355) = 388,56 H Ry2 L1 – (Fz1 L1) / 2 – (Fa1d1) / 2 = 0 Ry2 = (Fz1 L1 + Fa1d1) / 2L1 = 1651,94 H Проверка Ry1 + Ry2 – Fz1 = 388,56 + 1651,94 – 2040,5 = 0 Суммарные реакции: P1 = Pz1 = √(Rx12 + Ry12); P1 = Pz1 = т / 871,252 + 388562 = 953,97 Н P2 = Pz2 = √(Rx22 + Ry22); P2 = Pz2 = √871,252 + 1651,942 = 1867,97 H Осевые составляющие радиальных реакций подшипников S1 = ePz1 = 0,41 * 953,97 = 391,13 Н S2 = ePz2 = 0,41 – 1867,61 = 765,72 Н В нашем случае S1 < S2 Pal = Fa≥S2 – S1; тогда Pa1 = S1 = 391,13 H Pa2 = S1 + Fa1 = 391,13 + 5606,25 = 5997,38 Н Рассмотрим левый (первый) подшипник. Отношение Pa1 / Pr1 = 391,13 / 953,97 = 0,41 = е Следовательно осевую нагрузку не учитываем. Эквивалентная нагрузка Рэ1 = РzlVКбКТ, где по [1, табл. 9.19] для приводов общего назначения: Kб = l,3; V = 1; КТ = 1; Рэ1 = 953,97 * 1,3 = 1240,16 Н Долговечность определяем по более нагруженному подшипнику. Рассмотрим правый (второй) подшипник Отношение Ра2 / Рz2 = 5997,38 / 1867,61 = 5,2 > е, Поэтому эквивалентную нагрузку определяем с учётом осевой Pэ2 = (XPz2V + YPa2)KбKT Рэ2 = (0,40 * 1867,61 + 1,459 * 5997,38) * 1,3 = 12346,38Н = 12,35 кН где Х = 0,40; Y = 1,459 см. [1, табл. 9.18] для конических подшипников. Расчётная долговечность определяется по формуле: L = (С / Рэ2)3 = (72,2 / 12,35)3 = 200 млн. об. Расчетная долговечность, r: Lh = L106 / 60n Lh = 200 * 106 / 60 * 722,5 = 5618 r Где n = 722,5 об/мин — частота вращения червяка Ведомый вал. Расстояние между опорами (между точками приложения радиальных реакций Р3 и Р4) L2 = 125 мм, диаметр колеса d2 = 320 мм. Реакции опор Левую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу Fa2 обозначим цифрой «4» и при определении осевого нагружения будем считать ее «второй». В плоскости xz Rz3 = Rz4 = Ft2 / 2 Rz3 = Rz4 = 5606,25 / 2 = 2803,13 H В плоскости yz Ry3 L2 + Fz2 L2 / 2 – Fa2 d2 / 2 = 0 Ry3 = (Fa2 d2 – Fz2 L) / 2L2 = (1742,5 * 320 – 2040,5 * 125) / 2 * 125 = 1210,15 H Ry4 L2 – Fz2 L2 / 2 – Fa2 d2 / 2 = 0 Ry4 = (Fz2 L2 + Fa2d2) / 2L2 = (2040,5 * 125 + 1742,5 * 320) / 2 * 125 = 3250,65 H Проверка: Ry3 – Ry4 + Fz2 = 0 1210,15 – 3250,65 + 2040,5 = 0 Суммарные реакции: Р3 = Рr3 = √Rz32 + Ry32 Р3 = Рr3 = √2803,132 + 1210,152 = 3053,2 Н Pr4 = Pr4 = √Rz42 + Ry42 P4 = Pr4 = √2803,13 + 3250,65 = 4292,35 H Осевые составляющие радиальных реакции конических подшипников S3 = 0,83 е Рr3 S3 = 0,83 * 0,41 * 3053,2 = 1039 Н S4 = 0,83 е Рr4 S4 = 0,83 * 0,41 * 4292,35 = 1460,7 H где е = 0,41 — коэффициент влияния осевого нагружения В нашем случае S3 < S4 Pa3 = Fa≥S4 – S3 Тогда Ра3 = S3 = 1039 Н Pa4 = S4 = 1460,7 H Для левого (с индексом 4) подшипника отношения: Ра4 / Рr4 = 1460,7 / 4292,35 = 0,34 < е Поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы не учитываем. Эквивалентная нагрузка Рэ4 = Рr4VKбKt Рэ4 = 4292,35 * 1,3 = 5580 Н В качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники 7212. Для правого подшипника: Ра3 / РrЗ = 1039 / 3053,2 = 034 < е Осевые силы не учитываем и определяем эквивалентную нагрузку: Рэ3 = Рr3VКбKt Рэ3 = 3053,2 * 1,3 = 3969,16 Н = 3,969 kН Расчетная долговечность, млн. об.: L = (с / Рэ3)3 L = (42,7 / 3,969)3 = 1254 млн. об. Расчетная долговечность, r: Lh = L 106 / 60п Lh = 1254 * 106 / 60 * 45 = 464761 r Где п = 45 об/мин — частота вращения вала червячного колеса. По ГОСТ 16162-85 минимальная долговечность подшипников для червячных редукторов Lh = 50004, следовательно подшипники выбраны правильно. 2.8. Второй этап компоновки редуктора Используем чертежи первого этапа компоновки. Второй этап представлен на листе и имеет целью конструктивно оформить основные детали — червячный вал, вал червячного колеса, червячное колесо, корпус, подшипниковые узлы и др. Смазка зацепления и подшипников — разбрызгиванием жидкого масла, залитого в корпус ниже уровня витков так, чтобы избежать чрезмерного заполнения подшипников маслом начиняемым червяком. На валу червяка устанавливаем крыльчатки. При работе редуктора они будут разбрызгивать масло и забрасывать его на колесо и в подшипнике. Уплотнение валов обеспечивается резиновыми манжетами. В крышке тока размещаем отдушину. В нижней части корпуса вычерчиваем пробку для спуска масла и устанавливаем маслоуказатель с трубкой из оргстекла. Конструируем стенку корпуса и крышки. Их размеры были определены ранее. Вычерчиваем фланцы и нижний пояс. Конструируем крюки для подъема. Устанавливаем крышки подшипников глухие и сквозные с манжетными уплотнениями. Под крышки устанавливаем металлические прокладки для регулировки. Конструкцию червячного колеса выполняем по [1], рис. 109, насаживая бронзовый венец на чугунный центр с натягом. Посадка Н7 / р6 по ГОСТ 25347-82 Вычерчиваем призматические шпонки: на выходном конце вала червяка: b * h * l = 14 * 8 * 40 мм на выходном конце вала червячного колеса: b * h * l = 14 * 9 * 80 мм и под червячным колесом: b * h * l = 20 * 12 * 80 мм 2.9. Выбор посадок основных деталей редуктора Выбор посадок колец подшипников Быстроходный вал (вал 2, рис. 1) редуктора устанавливается на конические роликовые подшипники. Внутреннее кольцо подшипника вращается вместе с валом относительно действующей радиальной нагрузки и имеет следовательно, циркуляционное нагружение. По таблице 6.5. [2] выбираем поле допуска вала — к6. Наружное кольцо подшипника неподвижно относительно радиальной нагрузки и подвергается местному нагружению. По табл. 6.6 [2] определяем поле допуска отверстия = Н7 Тихоходный вал (вал 3, рис. 1) устанавливается на роликовых подшипниках. Внутреннее кольцо подшипника вращается вместе с валом относительно действующей радиальной нагрузки и имеет, следовательно, циркуляционное нагружение. По табл. 6.5 [2] выбираем поле допуска вала к6. Наружное кольцо подшипника неподвижно относительно радиальной нагрузки и подвергается местному нагружению. По табл. 6.6 [2] определяем поле допуска отверстия — Н7 Выбор посадки червячного колеса на вал. Примем, что вращательный момент (табл. 1) передается от колеса к валу соединением с натягом. Для подбора посадки примем материал вала сталь 40 * Н (σТ1 = 750 Н/мм2) Материал колеса — чугун (σТ2 = 280 Н/мм2). Сборка осуществляется нагревом колеса. Используем методику подбора посадок с натягом, изложенную в парагр. 3 гл. 5 [2] Устанавливаем колесо на вал с натягом к6 через шпонку. 2.10. Проверка прочности шпоночных соединений. Призматические шпонки выбранные для редуктора, проверяем на снятие. Проверку проводим для шпонки под колесом. Условие прочности σсм = Ft / Aсм ≤ [σ]cм где Ft — окружная сила на колесе, Н Acм = (0,94h – t1) lp — площадь снятия, мм2 Здесь lр = l – b — рабочая длина шпонки σсм = 38,3 Н/мм2 < 150 Н/мм2 Т.к. ступицу колеса изготавливаем из чугуна, то значение [σ] см снижаем вдвое: σсм = 38,3 < 75 Н/мм2 что удовлетворяет проверочному расчёту. 2.11. Уточненный расчёт валов Червячный вал проверять на прочность не следует, так как размеры его поперечных сечений, принятые при конструировании после расчёта геометрических характеристик (d1 = 80; da1 = 100 мм; df1 = 56 мм), значительно превосходят те, которые могли быть получены расчётом на кручение. Проверим стрелу прогиба червяка (расчёт на жёсткость). Приведенный момент инерции поперечного сечения червяка: Jnp = πdf / 64(0,375 + 0,625da1 / df1) Jnp = 3,14 * 56 / 64(0,375 + 0,625 * 100 / 56) = 72 * 104 мм4. Стрела прогиба: f = l1 √Ft1 + Fr1 / 48 E Jnp f = 0,02 мм Допускаемый прогиб [f] = (0,005...0,01)m = (0,005...0,01)8 = 0,04...0,08 мм. Таким образом, жёсткость обеспечена, так как f = 0,02 < [f] Определение коэффициентов запасов прочности в опасных сечениях вала червячного колеса. Построение эпюр моментов вала червячного колеса. Для построения эпюр моментов определяем значение изгибающих моментов в характерных сечениях вала (см. рис. 5).
Рисунок 5 — Эпюры моментов Вертикальная плоскость (YOZ): Сечение 3 Мх = 0 Сечение 1 Mx = Ry4 * 86 * 10-3 Мх = 3250,65 * 86 * 0,001 = 279,6 Нм Сечение 4 Mx = Fy2 * 47,5 * 10-3 Мх = 5606,25 * 133,5 * 0,001 = 748,4 Нм Сечение 2 Мх = 0 Горизонтальная плоскость (XOZ) Сечение 3 Му = 0 Сечение 1 My = Rz4 * 86 * 10-3 Мy = 2803,13 * 83 * 0,001 = 241 Нм Сечение 4 (справа) My = Rz3 * 47,5 * 10-3 Мy = 2803,13 * 47,5 * 0,001 = 133,1 Нм Сечение 4 (слева) Мy = 2040,13 * 133,5 * 0,001 – 2803 * 47,5 * 0,001 = -139,2 Нм МR = М2 = 69,79 Нм Осевой момент сопротивления: W = nd3 / 32 = 3,14 * 603 / 32 = 21195 мм3 Материал вала — сталь 40ХН Из таблицы 12.7 [2] определяем допускаемые напряжения для данного материала: σвр = 920 Н/мм2 σт = 750 Н/мм2 σ-1 = 420 Н/мм2 τ = 25Н/мм2 Опасным сечением является сечение 1 на валу Выполняем расчёт сечения 1 на статическую прочность: Результирующий изгибающий момент М = √Mx2 + Мy2 М = √279,62 + 2412 = 369,13 Нм Mk = T = 891 Эквивалентное напряжение: σэкв = √M2 + Mk2 / W = 964,4 Коэффициент запаса прочности по текучести при коэффициенте перегрузки Кп = 2,5 определяется: SТ = σТ / Кпσэкв ST = 750 / 2,5 * 964,4<[SТ] [SТ] = 1,2...1,6 Требование выполнено и задача статической прочности вала Сечении 1 обеспечен. 2.12. Тепловой расчет червячного редуктора Цель теплового расчета — проверка температуры масла в редукторе которая не должна превышать допустимой [t] = 80...95 °C Температура масла в корпусе червячного редуктора при непрерывной работе без искусственного охлаждения определяется по формуле: tм2 = tb + P(1 – η) / Kt * A где Р — мощность на быстроходном валу редуктора, Вт P = T2W2 / η = 857 * 4,7 / 0,85 = 4739 Вт Kt = 9...17B т/м2 град. — коэффициент теплопередачи Kt = 15 А — площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора. По табл. 11.6 А = 0,8м2 tb = 20 °C — температура воздуха вне корпуса редуктора tм = 20 + 4739(1 – 0,85) / 15 * 0,8 = 79,2° < [t]° Тепловой расчет удовлетворяет. 2.13. Выбор сорта масла Смазывание зацепления и подшипников производятся разбрызгиванием жидкого масла. По [1] табл. 10.9 устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях σн = 129 Мпа и скорости скольжения Vs = 6,15м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть приблизительно равна 15 * 106 м2/с По [1] табл. 10.10 принимаем масло авиационное МС – 22. 2.14. Сборка редуктора Перед сборкой внутреннюю полость корпуса тщательно очищают им и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на червячный вал надевают крыльчатки и конические роликовые подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80°...100 °С. Собранный червячный вал вставляют в корпус. При установке червяка, выполненного за одно целое с валом, следует обратить внимание на то, что для прохода червяка его диаметр должен быть меньше диаметра отверстия для подшипников. В нашем случае диаметр червяка da1 = 100 мм, а наружный диаметр подшипников 7209 85 мм. Поэтому для нормальной сборки устанавливаем стакан. В начале сборки вала червячного колеса закладывают шпонку и напрессовывают колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основании корпуса и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты. Закладывают в подшипниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками. Для регулировки червячного зацепления необходимо весь комплект вала с червячным колесом смешать в осевом направлении до совпадения средней плоскости колеса с осью червяка. Этого добиваются переносом части прокладок с одной стороны корпуса на другую. Чтобы при этом сохранялась регулировка подшипников, суммарная толщина набора прокладок должна оставаться без изменения. Ввертывают пробку масло – спускного отверстия с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с отдушиной. Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде. Литература 1. Чернавский С.А., Боков К.Н., Черник И.М. и др.— М.: Машиностроение, 1987 — 416 с. 2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. Учебное пособие для машиностр. спец. техникумов.— Высш. шк., 1990 – 399с 3. Чернилевский В.В. Детали машин и механизмов. Курсовое проектирование.— К.: 1987 г. Страницы: 1, 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||
