d = 8 * 3?69,74 = 32,92 мм
После округ. принимаем с1 = 34 мм
Диаметр dП = d + 2tцил = 34 + 2 * 3,5 = 41 мм
Принимаем dП = 45 мм
Диаметр буртика dБП = dП + 3r = 45 + 3 * 2,5 = 50 мм.
Длина посадочного конца вала:
LМБ = 1,5d = 1,5 * 34 = 51 мм.
Округл. до LМБ = 52 мм.
Длина промежуточного участка:
LКБ = 2dn = 2 * 45 = 90 мм
[pic]
Диаметры и длины участков вала колеса d = 6?891 = 56 мм
Длина цилинд. участка
Lц = 0,15d = 0,15 * 56 = 8,4 мм
принимаем равным 8
Диаметр dП = d + 2tk = 56 + 2 * 2,5 = 61 мм
Принимаем dП = 60 мм
Диаметр буртика
dБП = dП + 3r = 60 + 3 * 3,5 = 70,5 мм
Принимаем dБП = 72 мм
Диаметр dk принимаем равным dБП, т. е. dk = 72 мм
Длина ступицы колеса lcm = dk = 72 мм
Длина посадочного конца вала
lМТ = 1,5d = l,5 * 56 = 84 мм
Длина промежуточного участка
lКТ = 1,2dП = 1,2 * 60 = 72 мм
Диаметр резьбы
dp = 0,9(d – 0,1lМТ) = 0,9(56 – 0,1 * 84) = 42,84 мм
Принимаем ближайшее ближнее М42 * 3
Длина резьбы lp = 0,8dp = 0,8 * 42 = 33,6
Округляем, получаем lр = 34 мм
Выбираем подшипники везде конические роликовые для червяка — 7209
ГОСТ 333-79, для вала колеса — 7212
2.5. Конструктивные размеры корпуса редуктора
Толщина стенок корпуса ? и крышки ?1
? = 0,04аw + 2
? = 0,04 * 200 + 2 = 10 мм
?1 = 0,032aw + 2
?1 = 0,032 * 200 + 2 = 8,4 мм
Принимаем ? = ?1 = 10 мм
Толщина фланцев (поясов) корпуса и крышки:
в = в1 = 1,5?
в = в1 = 1,5 * 10 = 15 мм
Диаметры болтов фундаментных
d1 = (0,03...0,036)aw + 12
d1 = (0,03...0,036)200 + 12 = 18...19
Принимаем М20
Диаметры болтов d2 = М16 мм и болтов d3 = М12 мм
2.6. Первый этап эскизной компоновки редуктора
Компоновочный чертеж выполняем в двух проекциях — разрез по оси
колеса и разрез по оси червяка. Масштаб 1:1 вычерчиваем тонкими линиями.
Примерно по середине листа параллельно его длинной стороне проводим осевую
линию; вторую осевую, параллельную первой, проводим на расстоянии аw = 200
мм. Затем проводим две вертикальные осевые линии — одну для главного вида,
вторую для вида сбоку. Вычерчиваем на двух проекциях червяк и червячное
колесо.
Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса, принимая зазор между стенкой и
червячным колесом и между стенкой и ступицей червячного колеса ~ 15 мм
Вычерчиваем подшипники червяка на расстоянии L1 = dам2 = 355 мм один от
другого, располагая их симметрично относительно среднего сечения червяка.
Также симметрично располагаем подшипники вала червячного колеса. Расстояние
между ними замеряем по чертежу L2 = 125 мм.
В связи с тем, что в червячном зацеплении возникают значительные
осевые усилия выбираем конические роликовые подшипники (см. таблица 2).
2.7. Проверка долговечности подшипников
Силы в зацеплении см. рис.3
|Условное |d |Д |В |Т |С |е |
|обозначение | | | | | | |
|подшипников | | | | | | |
| |мм |кН | |
|7209 |45 |85 |19 |21 |42,7 |0,41|
|7212 |60 |110 |23 |24 |72,2 |0,35|
[pic]
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 (?Т1 = 750 Н/мм2)
Материал колеса — чугун (?Т2 = 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
?см = Ft / Aсм ? [?]cм
где Ft — окружная сила на колесе, Н
Acм = (0,94h – t1) lp — площадь снятия, мм2
Здесь
lр = l – b — рабочая длина шпонки
?см = 38,3 Н/мм2 < 150 Н/мм2
Т.к. ступицу колеса изготавливаем из чугуна, то значение [?] см снижаем
вдвое:
?см = 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 = ?df / 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).
[pic]
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:
?вр = 920 Н/мм2 ?т = 750 Н/мм2
?-1 = 420 Н/мм2 ? = 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:
?экв = ?M2 + Mk2 / W = 964,4
Коэффициент запаса прочности по текучести при коэффициенте перегрузки
Кп = 2,5 определяется:
SТ = ?Т / Кп?экв
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 – ?) / Kt * A
где Р — мощность на быстроходном валу редуктора, Вт
P = T2W2 / ? = 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 ?н = 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
|