Создание автоматизированного графического комплекса по расчету опор и элементов корпуса редуктора

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от:

· Рода и величины напряжения и тока;

· Частоты электрического тока;

· Пути тока через тело человека;

· Продолжительности воздействия на организм человека.

Согласно Правила устройства электроустановок ПУЭ (7-ое издание) помещение, в котором работает пользователь, относится к помещениям без повышенной опасности. Сеть электропитания относится к 1-ой группе - до 1000В, тип проводки - закрытая кабельная. Питание ПК осуществляется от однофазной сети частотой 50Гц, напряжением 220В. Тип пола изолированный.

На опасность поражения электротоком влияют как электрические факторы (напряжение, ток, род и частота тока, сопротивление человеческого тела), так и не электрические (индивидуальные особенности пораженного, продолжительность воздействия, путь тока через тело). Большое влияние оказывает окружающая среда (пыль, влажность).

ПЭВМ и рабочие станции оборудованы системой рабочего заземления. Заземляющие проводники выводятся через трехжильный провод питания; на вилке и розетке для них предусмотрен отдельный контакт. Заземление производится из-за того, что в компьютере используются микросхемы, чувствительные к статическому электричеству.

Для обеспечения электробезопасности при работе на ПЭВМ в соответствии с ПУЭ (7-е издание) предусмотрены следующие технические способы и решения:

контроль и профилактика повреждений изоляции;

малые напряжения, защитное заземление.

обеспечение недоступности токоведущих частей;

двойная изоляция всех кабелей, осуществляющих питание ПЭВМ
и световых источников.

цветную сигнализацию опасных для жизни человека мест (красные предупредительные щиты и т.п.).

5.3.4 Обеспечение пожарной безопасности

Рабочее помещение оператора ПЭВМ по категории пожарной опасности относится к категории «Д». Горючие материалы: перегородки, двери, оконные рамы, полы, канцелярские принадлежности, изоляция силовых и сигнальных кабелей, обмотка радиотехнических деталей и т.д.

Ввиду высокой стоимости ЭВМ, горючести материалов, рабочее помещение имеет 2 степень огнестойкости. При изготовлении строительных конструкций использовались не горючие и трудно сгораемые материалы: кирпич, железобетон, стекла, металл и др.

Меры предотвращения пожара включают:

· применение предохранителей и автоматических выключателей;

· наличие огнетушителя (углекислотный УО - 5);

· помещение имеет один эвакуационный выход - дверь, которая ведет на лестничную площадку, и входит в общий план эвакуации здания. План эвакуации, на котором показаны пути эвакуации, эвакуационные выходы здания и направление движения при эвакуации из здания и помещения расположен над дверью.

· время эвакуации из помещения по коридору составляет 1мин, время

5.4 Мероприятия по поддержанию оптимальных параметров безопасности в компьютерном классе

Для поддержания микроклимата в аудитории применяется:

1) система центрального водяного отопления (зимой) с автоматическим регулированием параметров теплоносителя (температура не более 95° С, давление не более 1,0 МПа);

2) естественная вентиляция помещения, обеспечивающая приток воздуха
в помещение 40 м³/ч и отвод лишнего тепла и веществ через форточки и
фрамуги;

В помещении проводится ежедневная влажная уборка и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ.

Для обеспечения и поддержания нормируемых значений освещенности в рабочем помещении, проводится очистка стекол оконной рамы и светильников два раза в год.

Снижению уровня шума в рабочем помещении способствуют следующие факторы:

1) помещение расположено вдали от объектов большого шумового фона;

2) увеличение звукоизоляции достигнуто установкой пакета пластиковых окон, обеспечивающих полную звукоизоляцию от внешних объектов.

3) облицовка стен состоит из звукопоглощающего материала - гипсокартона.

Для предотвращения вредного воздействия электромагнитных полей требуется:

1) Соблюдать регламентированный режим труда и отдыха (перерывы после каждого часа работы).

2) Применение антистатических мониторов со встроенным экранированием от статического электричества.

Меры защиты от статического электричества:

1) для снижения возникающего статического заряда в ВЦ покрытие полов выполнено из однослойного поливинилхлоридного антистатического линолеума марки АСИ;

2) обслуживающему персоналу не рекомендуется носить одежду из синтетических тканей.

Организационные средства защиты от поражения электрическим током:

· текущий инструктаж - ознакомление персонала с изменениями условий труда;

· внеплановый инструктаж - информирование персонала о несчастных случаях (проводится по приказу начальства);

· периодическая проверка знаний персонала об электробезопасности.

Для предупреждения возникновения пожарных ситуаций проводятся периодические инструктажи персонала о мерах противопожарной безопасности.

Было установлено, что уровни опасных вредных факторов в компьютерном классе не превышают своих предельных значений. Для дальнейшего поддержания оптимальных параметров безопасности в классе необходимо проводить инструктажи персонала, плановые осмотры всего оборудования, в соответствии с технической документацией, и при выявлении каких-либо отклонений проводить соответствующие мероприятия по их устранению.

В разделе «Безопасность жизнедеятельности» проведен анализ вредных факторов, оказывающих негативное влияние на пользователя ПЭВМ,
а также описаны мероприятия по их устранению.

Таким образом, проект является экологически чистым. Основным фактором, влияющим на загрязнение окружающей среды, является оборудование. Для повышения экологичности проекта нужно более тщательно подходить к выбору и условиям эксплуатации технических средств, для функционирования проекта.

6. Оценка технико-экономической эффективности проекта

6.1 Расчет затрат на разработку программного продукта

Данный дипломный проект является исследовательским, поэтому составим смету затрат на НИР.

В смету затрат включаются все затраты, связанные с выполнением работы, независимо от источника их финансирования. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учет затрат на выполнение работ.

Смета затрат на выполнение работ составляется по следующим статьям затрат:

1) материальные затраты:

· стоимость материалов и покупных изделий

· стоимость расходуемой электроэнергии

· затраты по использованию ПО

2) расходы на оплату труда, здесь определяются следующие показатели:

· тарифная заработная плата

· основная заработная плата

· дополнительная заработная плата

3) амортизация оборудования;

4) прочие расходы:

· единый социальный налог

· выплаты на социальное страхование от несчастного случая

· расходы на управление и хозяйственное обслуживание и др.

Рассчитаем время, необходимое на разработку программного обеспечения, данные внесем в таблицу (смотрите таблицу 4):

Таблица 4- Расчет времени, трудоемкость

Вид выполняемых работ	Трудоемкость разработки (челчас)	Затраты машинного времени
Постановка задачи	5
Сбор данных	30	35
Выбор технических средств	10	10
Обработка исходных данных	30	40
Разработка структуры данных	50	50
Разработка интерфейса	80	80
Разработка взаимодействия элементов	50	50
Написание исходного кода программы	120	120
Тестирование программы	10	10
Подготовка технической документации.	80	80
Оформление части БЖД	55	15
Оформление экономической части	60	20
Итого	580	510

6.2 Материальные затраты

Материальные затраты включают в себя стоимость приобретенных со стороны материалов и сырья, комплектующих изделий, полуфабрикатов, топлива, энергии. Стоимость расходуемых материалов использованных в проекте (смотрите таблицу 5).

Таблица 5 - Стоимость расходуемых материалов

Наименование материала	Количество (шт.)	Стоимость за одну штуку (руб.)	Суммарная стоимость (руб.)
Картридж для лазерного принтера Samsung ML 16-41	1	1400	1400
Бумага для печати	1	150	150
Ручка	2	15	30
DVD-диск	2	15	30
Flash-накопитель	1	450	450
Калькулятор	1	100	100
Ноутбук Asus K50IN (процессор Pentium T 4200, ODD DVD Sup. MTI., HD 250GB, memory 2 GB, NVIDIA GEFORS G102M CUDA 512MB)	1	18000	18000
Мышь	1	350	350
Клавиатура	1	400	400
Принтер Samsung ML 16-41	1	3700	3700
Стол	1	2500	2500
Стул	1	600	600
Итого			27710

В состав материальных расходов входит стоимость расходуемой электроэнергии. Цена за 1кВтчас составляет 1,55 руб. Необходимо подсчитать количество расходуемой энергии компьютером и освещением.

Мощность используемого оборудования составляет:

Ноутбук - 240 Вт;

принтер - 100Вт;

освещение - 300 Вт;

Суммарная мощность компьютера составит 340 Вт. Время работы на компьютере составляет 510 часов. Потребляемая энергия составит 173,4 кВтчас. Время работы с искусственным освещением составило 10 часов. Потребляемая энергия составит 3 кВтчас. Стоимость потребленной энергии будет равна:

руб.(6)

Затраты по использованию прикладных программ :

Borland Delphi 7 - 29100 руб.

Open Office

Компас-3D V12 - 49500

руб.

Найдем сумму всех материальных затрат:

(7)

где - сумма всех материальных затрат;

- стоимость расходных материалов;

- стоимость потребляемой энергии;

- стоимость материальных затрат.

6.3 Расчет затрат по статье «Расходы на оплату труда»

На статью «Основная заработная плата» относятся выплаты по заработной плате, вычисленные по должностным окладам научных сотрудников, специалистов, служащих, рабочих, которые непосредственно занимались выполнением данной работы, премии за основные результаты научно-исследовательской деятельности, выплаты, обусловленные районным регулированием оплаты труда, премии за непрерывный стаж работы.

Размер основной заработной платы устанавливается исходя из численности различных категорий исполнителей, трудоемкости работы, времени, затрачиваемого на выполнение данной работы. Исходными данными для расчета основной заработной платы возьмем трудоемкость работ, стоимость 1 человеко-часа работы для разных категорий служащих.

6.3.1 Расчет основной заработной платы

Рассчитаем стоимость 1 человеко-часа работы каждого сотрудника, принимавшего участие в работе. Она будет вычисляться по формуле:

(8)

где - стоимость 1 человеко-часа i-го работника, руб.;

- должностной месячный оклад i-го работника, руб.;

- количество часов работы в месяц i-го работника.

Количество рабочих часов составляет 168. Подставляя данные в формулу (8) получаем:

инженера программиста (11 разряд) = 7512,73/168 = 44,71 руб.

На основании действующего Постановления о районном коэффициенте, действующего на территории крайнего севера и приравненных к ним районов, значение районного коэффициента для города Красноярска составляет 20%, северный коэффициент 30%.

Таблица 6 - Расчет заработной платы

Категория	, руб.	Фонд рабочего времени	Северный коэффициент, руб.	Районный коэф-т, руб.	Сумма основной з/п., руб.
Инженер-программист (11 разряд)	44,71	580	7779,5	5186,36	38897,6
Консультант по экономическому разделу (11 разряд)	44,88	4	53,8	35,84	269,2
Консультант по разделу БЖД (16 разряд)	110,54	4	132,6	88,4	663,16
Дипломный руководитель (16 разряд)	110,54	20	663,24	442,16	3316,2
Итого					43146,1

Основная заработная плата сотрудника вычисляется по формуле:

(9)

где - основная заработная плата i-го сотрудника, руб.;

- то же, что и в формуле (8);

-количество часов работы;

- северный коэффициент, в процентах;

- районный коэффициент, в процентах;

Подставив значения в формулу (9), получим значение основной заработной платы:

руб.;

руб.;

руб.;

руб..

6.3.2 Расчет дополнительной заработной платы

Дополнительная заработная плата устанавливается по коэффициенту, который является отношением общей величины дополнительной заработной платы к основной заработной плате. Дополнительная заработная плата включает в себя все выплаты предусмотренные законодательством о труде за не проработанное время. Это:

l компенсация за неиспользованный отпуск;

l оплата времени, связанного с прохождением медицинского освидетельствования;

l выполнение государственных и общественных обязанностей;

l оплата очередных ежегодных отпусков;

l дополнительных отпусков;

l надбавки за удаленность;

l вознаграждение за годовые результаты работы (премия).

Рассчитывается дополнительная заработная плата по формуле:

(10)

где - дополнительная заработная плата, руб.;

- основная заработная плата, руб.;

- размер дополнительной зарплаты в процентах от основной.

Норматив , определенный в расчетно-финансовой группе, составляет 12% от основной зарплаты. Он предусматривает только отчисления на очередной отпуск.

руб.

Расходы на оплату труда составят:

(11)

где - расходы на оплату труда, руб.;

- основная зарплата всех работников, руб.;

- то же самое, что и в формуле (10).

руб.

6.4 Амортизация оборудования

Срок полезного использования оборудования установлен равным 3 годам. Для расчета амортизационных отчислений используется линейный метод, следовательно, норма амортизационных отчислений составит 33,3% в год. Сумма амортизационных отчислений вычисляется по формуле:

(12)

где - годовая стоимость амортизационных отчислений по материальным активам, руб.;

- стоимость оборудования, руб.;

- норма амортизационных отчислений, в процентах.

Стоимость материальных активов (смотрите таблицу 7).

Таблица 7 - Стоимость оборудования

Наименование оборудования	Единица измерения, шт.	Стоимость, руб.
Ноутбук Asus K50IN (процессор Pentium T 4200, ODD DVD Sup. MTI., HD 250GB, memory 2 GB, NVIDIA GEFORS G102M CUDA 512MB)	1	18000
Указывающие устройства	Мышь	1	350
	Клавиатура	1	400
Принтер Samsung ML 16-41	1	3700
Стол	1	2500
Стул	1	600
Итого	25550

По данным таблицы 7, подсчитаем:

Износ оборудования:

(13)

где - износ оборудования

- часов в год;

- продолжительность выполнения работы, часов.

- то же, что и в формуле (12).

6.5 Прочие расходы

6.5.1 Расчет отчислений на социальные нужды

Страховые взносы во внебюджетные фонды составляют 34% от суммы полной заработной платы.

Размер отчислений определяется по формуле:

(14)

где - страховые взносы во внебюджетные фонды, руб.;

- полная заработная плата, руб.

руб.

6.5.2 Затраты по использованию Internet

Пользование информацией всемирной сети Internet включает:

· новые программные продукты, обновления к старым, уже имеющимся программам; документация по программным продуктам;

· описания методов и принципов их обработки;

· другая информация, применяемая в работе.

Затраты на Internet составляют 600 рублей это абонентская плата за два месяца использования.

6.5.3 Расходы на управление и хозяйственное обслуживание

Расходы на управление и хозяйственное обслуживание в равной степени относятся ко всем выполняемым работам. По этой статье учитываются:

l затраты на содержание, ремонт зданий, сооружений, оборудования и инвентаря;

l транспортные расходы;

l отчисления во внебюджетные фонды аппарата управления и хозяйственных служб;

l расходы по охране труда, научно-технической информации.

Накладные расходы принимают 10 % от суммы общей заработной платы научно-технического персонала. Рекомендуется в расчетах процент накладных расходов, принятый в базовой организации.

(15)

где - накладные расходы, руб.;

- то же, что и в формуле (14).

руб.

На основании полученных данных составляется смета затрат на выполнение работ (таблица 8).

Таблица 8 - Смета затрат на выполнение работ

Статья затрат	Сумма, руб.
Материальные затраты	106583,58
Основная заработная плата	43146,1
Дополнительная заработная плата	5177,5
Амортизация оборудования	8508
Страховые взносы	16430
Затраты по использованию Internet	600
Накладные расходы	4849,2
Итого	185294,38

6.6 Экономический эффект

При использовании данной программы в учебных целях, экономический эффект определить невозможно, но в случае продажи программного продукта, можно предвидеть следующую ситуацию.

Расчет годового экономического эффекта от использования программного продукта определяется по формуле:

(16)

где Э - годовой экономический эффект от использования программного продукта в вычислительных процессах, руб.;

- себестоимость работ, производимых без использования программного продукта и с помощью него в год, руб.;

Себестоимость единицы работ определяется по формуле:

(17)

(18)

где - заработная плата работника 7500 руб. в месяц;

- затраты. К ним относится электроэнергия, оборудование рабочих мест и затраты на разработку ПО.

Для того, чтобы определить необходимо знать, сколько сотрудников необходимо для выполнения того же объема работ, что и при помощи программы. Так как число документов, обрабатываемых в день без помощи программного продукта равно 20, а с его помощью - 27, то в нашем случае число сотрудников равно 2. Затраты на оборудование рабочего места составят примерно 30000 рублей в год. Затраты на электроэнергию составят 5022 рубля в год.

Подставив полученные значения в формулы (17) и (18) получим:

руб.;

Зная все необходимые данные можно рассчитать годовой экономический эффект от использования программного продукта, подставив данные в формулу (16), получим:

Конечная полученная величина будет свидетельствовать об эффективности внедрения созданного автоматизированного графического модуля в университет. Определяется это за счет увеличения количества документов, обрабатываемых с помощью ЭВМ, вследствие чего уменьшаются затраты, выполняемые на единицу работ, и в итоге, экономический эффект увеличивается. Следовательно, внедрение данного электронного учебного комплекса в университет будет выгодным.

Вывод

Был проведён обзор литературных источников по теме: расчет опор и элементов корпуса. В результате чего, был выбран метод изложенный в пособии Л.В. Курмаз и А.Т. Скойбеда «Детали машин. Проектирование».

В качестве языка программирования был выбран язык Borland Delphi 7.0, с помощью которого был разработан пользовательский интерфейс, была написана часть расчетного модуля, отвечающая за расчет опор и элементов корпуса, а так же создана прикладная библиотека, работающая напрямую со средой вывода чертежей.

Средой вывода чертежей была выбрана программа Компас 3D. Чертежи выполняются посредством работы с прикладной библиотекой «Редуктор», написанной на языке Borland Delphi.

Был проведен обзор программных продуктов, использующихся при выполнении расчетов и построении одноступенчатых редукторов. В результате было проведено сравнение результатов работы разработанной программы и программы DM Monster. На основе проведенного анализа было сделано заключение, что разработанный модуль превосходит по возможностям программу DM Monster 3D, так как, несмотря на то, что DM Monster ведет построение деталей привода, расчет его не ведется. Это отразится на расчетном значении передаточного числа механизма в целом, следовательно чертежи в этой программе выполняются с ошибками.

При дальнейшем развитии данного программного продукта возможет вывод результатов расчета в виде пояснительной записки к курсовому проекту «Детали машин и основы конструирования».

Список используемых источников

1.Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование: Справочное учебно-методическое пособие/Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. - М.: 2014. - 309 с.: ил.

2.Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов/ Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М. и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2008. - 416 с.: ил.

3.Прикладная механика: Учебное пособие . 2-е изд., перераб. и доп. / Сост. В. В. Гузова, Е. Г. Синенко, М. А. Мерко, Е. В. Брюховецкая. Красноярск: КГТУ, 2012. 218 с.

4.Горбацевич А.Ф., Шред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Выш. школа, 2010. - 256с., ил.

5.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/Под ред. Косилова А. Г., Мещерякова Р. К. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 656 с., ил.

6.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/Под ред. Косилова А. Г., Мещерякова Р. К. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2014. 656 с., ил.

7.Якушев А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник для вузов/Якушев А. И., Воронцов Л. Н., Федотов Н. М.- 6-е изд., перераб. и дополн. - М.: Машиностроение, 2009. - 352 с., ил.

8.Ноженко И.Н. DM Monster. Programs from Russia [электронный ресурс]. - 1998. - режим доступа: http://www.dm-monster.narod.ru/about.htm

9.АСКОН Форум пользователей систем КОМПАС, ЛОЦМАН, ВЕРТИКАЛЬ, Корпоративных Справочников и прикладных библиотек [электронный ресурс]. - 2009 - 2011. - режим доступа: http://forum.ascon.ru/index.php/topic,17828.0.html

Приложение

Эскизная компоновка редуктора

Эскизная компоновка устанавливает положение поля редукторной пары, элемента открытой передачи и муфты относительно опор, определяет расстояние l_Б и l_Т между точками приложения реакций опор (подшипников) быстроходного и тихоходного валов, а также точки приложения силы давления элемента открытой передачи и муфты на расстояние l_оп и l_м от реакции смежного подшипника.

Эскизную компоновку выполняют в соответствии с требованиями ЕСКД на миллиметровой бумаге формата А2 (А1) карандашом в контурных линиях в масштабе 1:1.

Эскизная компоновка содержит: эскизное изображение редуктора в двух проекциях, таблицу основных размеров, основную надпись по форме 1 .

Последовательность выполнения эскизной компоновки редуктора.

Намечают расположение проекций компоновки в соответствии с заданной кинематической схемой привода и наибольшими размерами колес.

Проводят оси проекций и осевые линии валов. Оси валов цилиндрических и червячных редукторов проводят на межосевом расстоянии друг от друга, учитывая, что в цилиндрическом редукторе они параллельны, в червячном скрещиваются под углом 90. В коническом редукторе оси валов пересекаются под углом 90 (рис. 19).

Вычерчивают редукторную пару согласно рассчитанным геометрическим параметрам (построение зацепления пары):

а)для цилиндрического колеса и шестерни - , , , , , , , (см. рис. 19, а);

б)для конического колеса и шестерни , , , , , , , (см. рис. 19, б);

в)для червячного колеса и нарезной части червяка , , , , , , , (см. рис. 19, в).

4.Зазор между контуром внутренних стенок редуктора и поверхностями вращающихся деталей и подшипников принимают x = 8-10 мм. Такая величина зазора достаточна, чтобы не произошло соприкосновение вращающихся деталей и неподвижной поверхности внутренних стенок корпуса редуктора. Расстояние между днищем корпуса и поверхностью колес или червяка для всех типов редукторов принимают (либо , где - модуль зацепления). В конических редукторах желательно предусмотреть симметричность корпуса относительно оси быстроходного вала . Толщину стенок крышки и основания корпуса в малонагруженных редукторах (T₂ 500 нм) принимают одинаковыми:

,

где T₂ вращающийся момент на тихоходном валу, Нм.

Рис. 19. Построение зацепления передач: а - цилиндрической; б - конической; в - червячной

Действительный контур корпуса определяют при разработке конструктивной компоновки (рис. 21-23). При этом толщину стенок корпуса и ребер жесткости в малонагруженных редукторах ( Нм) определяют по зависимости мм.

5.Вычерчивают ступени вала на соответствующих осях по размерам и , рассчитанным в приближенном расчете валов (см. табл. 27):

а)цилиндрический редуктор. Ступени валов вычерчивают от 3-й к 1-й, при этом длина 3-й ступени получается конструктивно, как расстояние между внутренними стенками редуктора;

б)конический редуктор. Ступени тихоходного вала вычерчивают от 5-й к 1-й, при этом длины (, ) пятой и третьей ступеней вала получаются конструктивно. Третью ступень вала с насажанным колесом располагают противоположно выходному концу вала с консольной нагрузкой для более равномерного распределения сил между подшипниками. Вычерчивание ступеней быстроходного вала (вала шестерни) зависит от положения (способа установки) подшипников 4-й ступени (см. рис. 25): следует по величине (см. рис. 20) определить точку приложения реакции подшипника смежного с шестерней; отложить расстояние и найти точку приложения реакции второго подшипника, для определения положения которого следует отложить . Остальные ступени вычерчивают как и ступени тихоходного вала;

в)червячный редуктор. Ступени тихоходного вала чертят в последовательности от 3-й к 1-й. Длина 3-й ступени получается конструктивно, как расстояние между противоположными внутренними стенками редуктора. Конструирование ступеней быстроходного вала (червяка) зависит от положения 2-й и 4-й ступеней, которое определяется построением: пересечение дуги окружности радиуса с отрезком перпендикуляра к оси червяка по величине равным , где - диаметр наружного кольца подшипника, если , либо наружный диаметр стакана, если больше диаметра наружного кольца подшипника; - толщина прилива. Остальные ступени вычерчивают в такой же последовательности, как и ступени тихоходного вала.

6.На 2-й и 4-й ступенях вычерчивают контуры подшипников по размерам , , (, ) в соответствии со схемой их установки (см. табл. 28).

Для конических роликоподшипников толщина кольца . Контуры подшипников - основными линиями, диагонали - тонкими.

7.Определяют расстояние и между точками приложения реакций подшипников быстроходного и тихоходного валов. Считают, что радиальная реакция подшипника приложена в точке пересечения нормали к середине поверхности контакта наружного кольца и тела качения подшипника с осью вала (см. рис. 20):

а)для радиальных подшипников точка приложения реакции лежит в средней плоскости подшипника, а расстояние между реакциями опор валов (см. рис. 20, в): ;

б)для радиально-упорных подшипников точка приложения реакции смещается от средней плоскости и ее положение определяется расстоянием а ( - для быстроходных, - для тихоходных валов), измеренным от широкого торца наружного кольца (см. рис. 20, а, б):

- для радиально-упорных однорядных шарикоподшипников;

- для конических однорядных роликоподшипников.

Тогда при установке подшипников враспор (широкими торцами наружу) (см. рис. 20, а); при установке подшипников врастяжку (широкими торцами внутрь) (см. рис. 20, б).

8.Определяют точки приложения консольных сил:

а)для открытых передач. Силу давления ременной, цепной передач, силы в зацеплении зубчатых передач , , прикладывают к середине выходного конца вала, на расстоянии от точки приложения реакции смежного подшипника;

б)сила давления муфты приложена между полумуфтами, поэтому принимают, что точка приложения силы находится в торцевой плоскости выходного конца соответствующего вала на расстоянии от точки приложения реакций смежного подшипника.

9.Проставляют на проекциях эскизной компоновки необходимые размеры. Заполняют таблицу и основную надпись.

Рис. 20. Определение расстояния между точками приложения реакций в подшипниках: а - вал-червяк на радиально-упорных шарикоподшипниках, установленных враспор; б - вал-шестерня коническая на конических роликоподшипниках, установленных врастяжку; в - тихоходный вал цилиндрического редуктора на радиальных подшипниках, установленных враспор

10. Проверочные расчеты подшипников и валов

Для перехода к следующей стадии проектирования разработке технического проекта, выполняют проверочные расчеты подшипников и валов, предварительно составив расчетные схемы валов редуктора.

Расчетная схема валов редуктора

Для нахождения реакций в опорах (подшипниках) необходимо:

1.Составить расчетную схему вала в соответствии с выполненной схемой нагружения валов редуктора (см. рис. 1214);

2.Указать исходные данные для расчетов;

а) силовые факторы: силы в зацеплении редукторной пары (на шестерне (червяке) или колесе) , , ; консольные силы: открытой передачи гибкой связью или открытой передачи зацеплением (на шестерне) , , ; муфты (см. рис. 1214);

б) геометрические параметры: расстояние между точками приложения реакций в опорах быстроходного и тихоходного валов l_Б, l_Т, расстояние между точками приложения консольной силы и реакции смежной опоры l_оп (см. рис. 1214); диаметры делительной окружности шестерни (червяка) и колеса d₁, d₂ (для конической пары d₁, d₂);

3.Определить опорные реакции предварительно выбранных подшипников вала в вертикальной и горизонтальной плоскостях; составив два уравнения равновесия плоской системы сил для каждой плоскости;

4.Определить суммарные радиальные реакции опор, например Н, где и соответственно реакции в опоре A в горизонтальной и вертикальной плоскостях и т. п.

5.Определить значение изгибающих моментов по участкам, составив уравнения изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

6.Построить в масштабе эпюры изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

7. Построить в масштабе эпюру крутящего момента;

8.Определить суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях вала: , Нм, где и соответственно моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

9.Составить схему нагружения подшипников.

Проверочный расчет подшипников

Проверочный расчет предварительно выбранных подшипников выполняется отдельно для быстроходного и тихоходного валов. Сопоставляя расчетную динамическую грузоподъемность , с базовой или базовую долговечность с требуемой , определяют пригодность подшипника.

Подшипник пригоден, при условии:

или .

Базовая динамическая грузоподъемность подшипника это постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник может воспринять при базовой долговечности, составляющей 10⁶ оборотов внутреннего кольца. Значения указаны в табл. П9П13 для каждого типоразмера подшипника.

По ГОСТ 1616285 предусмотрена требуемая долговечность подшипников: для червячных редукторов ; для зубчатых ч. Расчетная динамическая грузоподъемность и базовая долговечность определяется по зависимостям:

; ,

где эквивалентная динамическая нагрузка, Н; угловая скорость соответствующего вала, с¹; m показатель степени ( для шариковых подшипников; для роликовых подшипников); расчетный срок службы привода, ч. (см. п. 4.1).

Эквивалентная динамическая нагрузка учитывает характер и направление действующих на подшипник нагрузок, условия работы и зависит от типа подшипника.

В табл. 29 указаны формулы для определения эквивалентной динамической нагрузки и величины, входящие в эти формулы.

Таблица 29 Определение эквивалентной нагрузки

при ; при .
Определяемая величина	Обозначение	Радиальные шарикоподшипники	Радиально-упорные подшипники	Конические роликовые подшипники
			Угол контакта , град
			12	26	36
Коэффициент радиальной нагрузки		0,56
Коэффициент осевой нагрузки		табл. 30
Коэффициент влияния осевого нагружения		табл. 30
Осевая составляющая радиальной нагрузки подшипников, Н
Осевая нагрузка подшипников, Н			определяется отдельно для левого и правого подшипников вала по табл. 34 в зависимости от схемы их установки и соотношению сил , ,
Радиальная нагрузка подшипника, Н		суммарная реакция подшипника
Осевая сила в зацеплении, Н		Выбирается по табл. 25, 26 для определения коэффициентов e и Y радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников и осевой нагрузки
Статическая грузо- подъемность, Н		Выбирается из табл. П9П13 для определения коэффициентов e и Y радиальных, радиально-упорных шариковых и роликовых конических подшипников
Коэффициент безопасности		Определяется по табл. 32 в зависимости от характера нагрузки и вида машинного агрегата
Температурный коэффициент		при t 100 C, либо выбирается по табл. 33 для рабочей температуры подшипника свыше 100 C
Коэффициент вращения		при вращающемся внутреннем кольце подшипника

Примечание 1. Выбор формулы для расчета эквивалентной нагрузки зависит от сравнения отношения с коэффициентом . 2. Значения коэффициентов , , в числителе для однорядных подшипников, в знаменателе для двухрядных (сдвоенных однорядных). 3. Угол конуса для роликовых конических подшипников определяется по табл. П11П13 в зависимости от типоразмера.

* По стандарту нагрузки , , обозначены соответственно , , .

Порядок определения , , для радиальных шариковых однорядных подшипников

В общем случае шариковый радиальный подшипник может воспринимать как радиальную, так и осевую нагрузку.

В этом случае оба подшипника вала испытывают осевое нагружение , равное осевой силе в зубчатом зацеплении.

Поэтому расчет эквивалентной нагрузки выполняют для подшипника с большей радиальной нагрузкой (см. рис. 21, ).

1.Определяют отношение .

2.Определяют коэффициенты и по отношению (см. табл. 30).

3.Определяют эквивалентную динамическую нагрузку: при , ; при .

4.Определяют динамическую грузоподъемность и фактическую долговечность подшипника.

Таблица 30 Значения коэффициентов e и Y для радиальных однорядных шарикоподшипников

	0,014	0,028	0,056	0,084	0,11	0,17	0,28	0,42	0,56
	0,19	0,22	0,26	0,28	0,30	0,34	0,38	0,42	0,44
	2,30	1,99	1,71	1,55	1,45	1,31	1,15	1,04	1,00

Таблица 31 Значения коэффициентов e и Y для радиально-упорных шарикоподшипников,

	0,014	0,029	0,057	0,086	0,11	0,17	0,29	0,43	0,57
	0,30	0,34	0,37	0,41	0,45	0,48	0,52	0,54	0,54

Примечания: 1. число рядов тел качения, для однорядных подшипников; для двухрядных (сдвоенных) подшипников. 2. Коэффициент в числителе для однорядных подшипников, в знаменателе для двухрядных.

Таблица 32 Значения коэффициента безопасности и требуемой долговечности подшипников

Машина, оборудование и характер нагрузки
Спокойная нагрузка (без толков): ленточные транспортеры, работающие под крышей при непылящем грузе, блоки грузоподъемных машин	11,1	(38)103
Легкие толчки. Кратковременные перегрузки до 125 % от расчетной нагрузки: металлорежущие станки, элеваторы, внутрицеховые конвейеры, редукторы со шлифованными зубьями, краны электрические, работающие в легком режиме, вентиляторы;	1,11,2	(812)103
машины для односменной работы, эксплуатирумые не всегда с полной нагрузкой, стационарные электродвигатели, редукторы	1,21,3	(1025)103
Умеренные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки до 150 % от расчетной нагрузки: редукторы с фрезерованными зубьями 7-й степени точности, краны электрические, работающие в среднем режиме	1,31,4	(2030)103
шлифовальные, строгальные и долбежные станки, центрифуги и сепараторы, зубчатые приводы 8-й степени точности, винтовые конвейеры, краны электрические	1,51,7	(4050)103
Значительные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки до 200 % от расчетной нагрузки: ковочные машины, галтовочные барабаны, зубчатые приводы 9-й степени точности	1,72	(60100)103

Таблица 33 Значения температурного коэффициента

Рабочая температура подшипника, С, до	100	125	150	175	200	225	250
	1,0	1,05	1,1	1,15	1,25	1,35	1,4

Рис. 21 a-б Способы нагружения подшипников: а радиальные шариковые, установленные враспор; б роликовые конические, установленные враспор; в радиально-упорные шариковые установленные враспор; г роликовые конические, установленные врастяжку

Рис. 21 в-г. Окончание

Порядок определения , , для радиально-упорных шариковых и роликовых однорядных подшипников.

В этих схемах каждый подшипник вала испытывает свою осевую нагрузку , , которая зависит от схемы установки подшипников, соотношения осевой силы в зацеплении редукторной пары и осевых составляющих радиальных нагрузок в подшипниках и (см. табл. 34). Поэтому эквивалентную динамическую нагрузку рассчитывают для каждого подшипника (, ) для выявления наиболее нагруженной опоры.

1.По соотношению , приняв определяют коэффициент осевого нагружения e (см. табл. 31, П12, П13).

2.Определяют осевые составляющие радиальной нагрузки и (см. табл. 29).

3.Определяют осевые нагрузки подшипников, (см. табл. 34).

4.Вычисляют отношение и .

5.По результатам сопоставлений , выбирают требуемую формулу для определения динамической нагрузки , (см табл. 34).

6.Определяют наиболее нагруженный подшипник по наибольшему значению эквивалентной нагрузки .

7.Рассчитывают динамическую грузоподъемность и долговечность по .

8.Определяют пригодность подшипника по условию и ,

где L заданный срок службы привода в часах.

Порядок определения , , для радиально-упорных шариковых и роликовых двухрядных (сдвоенных однорядных) подшипников фиксирующих опор (П14.13, П14.15П14.17 Осевое фиксирование вала выполняют в одной опоре двумя подшипниками)

При такой установке подшипников даже небольшие осевые силы значительно влияют на значение эквивалентной нагрузки .

Для определения динамической грузоподъемности и долговечности фиксирующей опоры, состоящей из сдвоенных однорядных радиально-упорных подшипников, установленных враспор или врастяжку, пару одинаковых подшипников рассматривают как один двухрядный радиально-упорный подшипник.

1.Вычисляют отношение , где осевая сила в зацеплении.

2.Определяют коэффициент влияния осевого нагружения e (шариковых подшипников см. табл. 31, роликовых табл. П12, П13).

3.Анализируют соотношение и по табл. 29 выбирают соответствующую формулу для определения эквивалентной нагрузки :

a) если , то у сдвоенного подшипника работают оба ряда тел качения и рассчитывают по характеристикам (X, Y) двухрядного радиальноупорного подшипника (см. табл. 29). При этом реакция (радиальная нагрузка на подшипник) приложена посередине сдвоенного подшипника.

Базовая динамическая грузоподъемность сдвоенного подшипника определяется выражением:

для шариковых ;

для роликовых ;

где базовая (табличная) грузоподъемность однорядного подшипника.

б) Если , то у подшипника работает только один ряд тел качения и рассчитывают по характеристикам (X, Y) однорядного радиально-упорного подшипника. В этом случае точка изложения реакции смещается на величину а:

для двухрядных радиально-упорных шариковых подшипников ;

для двухрядных конических роликовых подшипников .

Поэтому, прежде чем определять , необходимо пересчитать реакции в опорах и по фактическому расстоянию между точками приложения реакций в фиксирующей и плавающей опорах:

при установке подшипников фиксирующей опоры враспор (широкими торцами внешних колец наружу);

при установке подшипников фиксирующей опоры врастяжку (широкими торцами внешних колец внутрь).

4.Определяют эквивалентную динамическую нагрузку .

5.Рассчитывают динамическую грузоподъемность и долговечность двухрядного радиально-упорного подшипника.

6.Выявляют пригодность сдвоенных радиально-упорных подшипников фиксирующей опоры по условию:

.



Рис. 22. Установка подшипников по схеме 2: нижняя опора фиксирующая на двух конических роликоподшипниках; верхняя плавающая (радиальный шарикоподшипник); расстояние между точками приложения реакций, когда у сдвоенного подшипника работает один ряд тел качения; работают оба ряда

Определение пригодности подшипников

Если в результате расчетов выполняется условие и , то предварительно выбранные подшипники пригодны для конструирования подшипниковых узлов. Невыполнение этих условий возможно в двух случаях:

1.Расчетная динамическая грузоподъемность много меньше базовой ().

В этом случае следует перейти: на более легкую серию, например, среднюю серию заменить легкой или особо легкой серией данного типа подшипника; либо на другой менее грузоподъемный тип подшипника, например, радиально-упорные шариковые заменить на радиальные шарикоподшипники или роликовые конические на радиально-упорные шариковые. При этом диаметры и ступеней валов под подшипники уменьшать не следует, так как они определены из расчета на прочность.

2.Расчетная динамическая грузоподъемность больше базовой ().

В этом случае рекомендуется увеличить базовую динамическую грузоподъемность:

Заменить легкую на среднюю или тяжелую серию данного типа подшипника, не изменяя диаметры и ступеней валов под подшипники;

Поменять данный тип подшипника на более грузоподъемный (вместо шариковых принять роликовые подшипники);

Увеличить диаметры и под подшипники, но это приведет к изменению размеров других ступеней вала.

Предлагаемые рекомендации не исчерпывают всех возможных вариантов получения удовлетворительных значений и зависят от конкретных условий нагружения подшипников.

Составление схемы нагружения подшипников

После окончательного подбора типоразмера подшипников валов в редукторе, проверочных расчетов валов на прочность, составляют схему нагружения подшипников, которую размещают под эпюрой крутящего момента в расчетной схеме вала.

На схеме нагружения указывают направление и величину осевых , и радиальных нагрузок каждого подшипника, осевую силу в зацеплении , угол контакта для радиально-упорных подшипников и типоразмер подшипника.

Размещено на Allbest.ru