Проектирование механического привода с цилиндрическим редуктором

3.13 Проверка прочности шпоночных соединений

Шкив, зубчатые колеса и муфту насаживают на валы редуктора и предохраняют от проворачивания призматическими шпонками (рис. 3.21). Размеры сечения шпонки выбирают в зависимости от диаметра вала в месте установки шпонки ([7, табл. П.16; 1, табл. 24.29).

Рабочая длина шпонки (рис. 3.22) , где длина ступицы зубчатого колеса, шкива или полумуфты; b - ширина шпонки.

Полученное значение рабочей длины шпонки округляем до стандартного ([7, табл. П.17; 1, табл. 24.29).

Рис. 3.21. Шпоночное соединение Рис. 3.22. Рабочая длина шпонки

Шпонки входного вала

Шкив:

= 22 мм; b = 8 мм; h = 7 мм; t₁ = 4,0 мм; t₂ = 3,3 мм;

= B = 45 мм; 45 - 8 - 10 = 27 ? 28 мм.

Шпонки промежуточного вала

Колесо быстроходное:

d_к2 = 35 мм; b = 12 мм; h = 8 мм; t₁ = 5,0 мм; t₂ = 3,3 мм;

= = 59 мм; 59 - 12 - 10 = 37 ? 36 мм.

Шпонки выходного вала

Колесо тихоходное:

d_к3 = 60 мм; b = 18 мм; h = 11 мм; t₁ = 7,0 мм; t₂ = 4,4 мм;

= = 64 мм; 64 - 18 - 10 = 36 мм.

Муфта:

d₃ = 45 мм; b = 14 мм; h = 9 мм; t₁ = 5,5 мм; t₂ = 3,8 мм;

= = 105 мм; 105 - 14 - 10 = 81 ? 80 мм.

Часть шпонки, выступающую из вала, проверяют по напряжению смятия:

, (3.86)

где Т_i - вращающий момент на валу, Нмм;

z - число шпонок;

рабочая длина шпонки, мм;

d_i диаметр вала в месте установки шпонки, мм;

h - высота шпонки, мм;

t₁ - глубина паза вала, мм;

, рабочее и допускаемое напряжение смятия, МПа.

В расчетах принимаем = 100 МПа.

Если , то следует поставить вторую шпонку, диаметрально расположенную относительно первой.

Для шкива:

МПа < = 100 МПа.

Для быстроходного колеса промежуточного вала:

МПа < = 100 МПа.

Для тихоходного колеса выходного вала:

МПа < = 100 МПа.

Для муфты:

МПа < = 100 МПа.

3.14 Выбор и расчет муфты

Муфту выбирают из стандартов или нормалей машиностроения в зависимости от расчетного вращающего момента Т_р и диаметров соединяемых валов ([7, табл. П.19]).

При работе муфта испытывает колебания нагрузки, обусловленные характером работы приводимой в движение машины. Расчетный вращающий момент, Нм,

Т_р = k_р•Т₃, (3.87)

где k_р - коэффициент режима работы привода от электродвигателя, k_р = 1,5;

Т₃ - момент на выходном валу редуктора, Нм (см. подразд. 3.1).

Т_р = 1,5•454,98 = 682,47 Н•м.

При выборе муфты должно соблюдаться условие: Т_р Т_с, где Т_с - вращающий момент, передаваемый стандартной муфтой (указанный в стандарте или нормали машиностроения).

Т_с = 1000 Н•м.

Затем в зависимости от типа муфты проверяют на прочность отдельные ее элементы.

Расчет фланцевой муфты

Болты в отверстия поставлены с зазором (рис. 3.23).

В этом случае вращающий момент передается силами трения, возникающими на соприкасающихся поверхностях полумуфт за счет затяжки болтов силой F_зат. Должно выполняться условие: F_тр F_t, где F_тр - сила трения на стыке полумуфт; F_t - окружная сила, стремящаяся провернуть одну полумуфту относительно другой. Учитывая указанное выше условие и то, что болт работает на растяжение и кручение, рабочее напряжение в ослабленном резьбой сечении определяют по выражению:

, (3.88)

где = 13,835 внутренний диаметр резьбы болта, мм ([7, табл. П.18]);

Т_р = 682,47- расчетный вращающий момент, Нмм

f = 0,15 коэффициент трения ([7, табл. П.18]);

D₀ = 140 - диаметр окружности, проходящей через центры болтовых отверстий, мм ([7, табл. П.18]);

z = 6 число болтов ([7, табл. П.18]);

[у_р] допускаемое напряжение растяжения для материала болта, МПа, [у_р] = 0,5;

предел текучести материала болта (для стали Ст 3 = 220 МПа, для стали 35 320, для стали 45 360 МПа).

МПа < = 110 МПа.

Рис. 3.23. Муфта фланцевая

3.15 Выбор марки масла для зубчатых передач и подшипников

Экономичность и долговечность машины зависят от правильного выбора смазочного материала. Потери на трение снижаются с увеличением вязкости смазки, однако повышаются гидромеханические (на перемешивание смазочного материала), поэтому выбор вязкости масла сводится к определению некоторого относительного ее значения на основе опыта изготовления и эксплуатации узлов машин, рекомендаций теории смазывания.

Ориентировочное значение вязкости масла для смазывания зубчатых передач определяется в зависимости от фактора _з.п:

, (3.89)

где Н_нv - твердость по Виккерсу активных поверхностей зубьев в шестерне (см. подразд. 3.2). Соотношения между числами твердости НВ и НV приведены в [7, табл. П.20];

_н - рабочее контактное напряжение, МПа (п. 3.3.1, 3.4.1);

V - окружная скорость в зацеплении, м/с (см. подразд. 3.3, 3.4).

Для двухступенчатого редуктора следует определить значение фактора _з.п для обеих ступеней и из рис. 3.24 найти соответствующие им значения вязкости _б и _т.

Быстроходная ступень:

Н_нv = 322; у_н1 = 317,756 МПа; V = 1,778 м/с.

;

н_Б = 85•10⁶ м²/с;

Тихоходная ступень:

Н_нv = 322; у_н2 = 325,412 МПа; V = 0,678 м/с;

.

н_Т = 140•10⁶ м²/с.

Так как редуктор имеет общую масляную ванну, то следует определить среднее значение вязкости смазки:

. (3.90)

н_ср = м²/с.

Марка масла выбирается по среднему значению вязкости масла из [7, табл. П.21].

В редукторах и коробках передач подшипники обычно смазываются смазочным материалом, применяемым для зацеплений.

Марка масла - МС-20А, масло авиационное ГОСТ 21743-76.

Марка масла - И-100А, масло индустриальное ГОСТ 20799-88.

Рис. 3.24. График зависимости вязкости масла от фактора _з.п

3.16 Рекомендуемые посадки деталей

Посадки ступиц зубчатых колес на валы:

прямозубое колесо со шпонкой Н7/р6;

косозубое колесо со шпонкой Н7/r6, Н7/s6.

Посадка шкива ременной передачи на вал:

шкив со шпонкой при умеренных толчках нагрузки Н7/m6; Н7/n6.

Посадки подшипников качения:

посадка в корпус Н7/0;

посадка на вал L0/к6.

Посадка крышек подшипников в корпус:

крышка глухая Н7/d11;

крышка проходная Н7/h8.

Посадка разделительных колец на вал D9/к6.

Заключение

На основании произведенных расчетов выбран электродвигатель 4А112 МВ6, определены:

- передаточные отношения ременной и зубчатых передач:

= 1,5; 3,418;= 2,647;

- мощности, частоты вращения и вращающие моменты на валах редуктора:

3,543 кВт; 3,437 кВт; 3,335 кВт;

n₁ = 633 об/мин; n₂ = 185 об/мин; n₃ = 70 об/мин;

T₁ = 53,449 Н•м; T₂ = 177,412 Н•м; T₃ = 454,98 Н•м.

Путем подбора диаметров шкивов, толщины ремня, получена

требуемая долговечность ременной передачи Н₀ = 2771,88 часов.

Используя недорогие, но достаточно прочные стали: 40Х, 35ХМ, сталь 45, рассчитаны компактные зубчатые передачи, определены диаметры валов и сделаны проверки на прочность.

Разработана эскизная компоновка редуктора, позволившая принять окончательное решение о размерах деталей редуктора с учетом характера действующих в зацеплении сил и размеров валов, подобраны подшипники качения и проверены на долговечность, их ресурс составляет 18651,984 ч.

Для соединения редуктора с приемным валом машины из стандартов выбрана муфта, и ее отдельные элементы проверены на прочность.

Расчетным путем определена марка масла И-100А для зубчатых колес и подшипников, установлено потребное количество масла.

По размерам, полученным из расчетов, выполнены сборочный чертеж редуктора и рабочие чертежи деталей.

Полученные навыки проектирования могут быть использованы при выполнении проектно-конструкторских работ по специальным дисциплинам.

Библиографический список

1. Д у н а е в П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин. 8-е изд., перераб. и доп. / П. Ф. Д у н а е в, О. П. Л е л и к о в. М.: Академия, 2004. 496 с.

2. ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. М.: Изд-во стандартов, 1988. 128 с.

3. Проектирование механических передач / Под ред. С. А. Ч е р н а в с к о г о. 4-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1976. 608 с.

4. Проектирование электромеханического привода. Расчет и конструирование ременных передач. Часть 1: Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования». 2-е изд., с измен. / Г. П. Здор, А. В. Бородин; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2013. 30 с.

5. К у д р я в ц е в В. Н. Детали машин / В. Н. К у д р я в ц е в . Л.: Машиностроение, 1980. 464 с.

6. И в а н о в М. Н. Детали машин. 10-е изд., испр. / М. Н. И в а н о в, В. А. Ф и н о г е н о в. М.: Высшая школа, 2006. 408 с.

7. Проектирование электромеханического привода. Расчет и конструирование цилиндрического двухступенчатого редуктора: Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования». Часть 2. 2-е изд., стереотипное / Г. П. Здор, А. В. Бородин; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2014. 49 с.

Размещено на Allbest.ru