Сборка червячного редуктора

Проверка:

     R_y3 – R_y4 + F_z2 = 0

     1210,15 – 3250,65 + 2040,5 = 0

Суммарные реакции:

     Р₃ = Р_r3 = √R_z3² + R_y3²

     Р₃ = Р_r3 = √2803,13² + 1210,15² = 3053,2 Н

     P_r4 = P_r4 = √R_z4² + R_y4²

     P₄ = P_r4 = √2803,13 + 3250,65 = 4292,35 H

Осевые составляющие радиальных реакции конических подшипников

     S₃ = 0,83 е Р_r3

     S₃ = 0,83 * 0,41 * 3053,2 = 1039 Н

     S₄ = 0,83 е Р_r4

     S₄ = 0,83 * 0,41 * 4292,35 = 1460,7 H

где е = 0,41 — коэффициент влияния осевого нагружения

В нашем случае S₃ < S₄

     P_a3 = F_a≥S₄ – S₃

Тогда Р_а3 = S₃ = 1039 Н

     P_a4 = S₄ = 1460,7 H

Для левого (с  индексом 4) подшипника отношения:

     Р_а4 / Р_r4 = 1460,7 / 4292,35 = 0,34 < е

Поэтому при  подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы не учитываем.

Эквивалентная нагрузка

     Р_э4 = Р_r4VK_бK_t

     Р_э4 = 4292,35 * 1,3 = 5580 Н

В качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники 7212.

Для правого  подшипника:

     Р_а3 / Р_rЗ = 1039 / 3053,2 = 034 < е

Осевые силы не учитываем и определяем эквивалентную  нагрузку:

     Р_э3 = Р_r3VК_бK_t

     Р_э3 = 3053,2 * 1,3 = 3969,16 Н = 3,969 kН

Расчетная долговечность, млн. об.:

     L = (с / Р_э3)³

     L = (42,7 / 3,969)³ = 1254 млн. об.

Расчетная долговечность, r:

     L_h = L 10⁶ / 60п

     L_h = 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

L_h = 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 (σ_Т1 = 750 Н/мм²)

Материал колеса — чугун (σ_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

     σ_см = F_t / A_см ≤ [σ]_cм

где F_t — окружная сила на колесе, Н

     A_cм = (0,94h – t₁) l_p — площадь снятия, мм²

Здесь

     l_р = l – b — рабочая длина шпонки

σ_см = 38,3 Н/мм² < 150 Н/мм²

Т.к. ступицу  колеса изготавливаем из чугуна, то значение [σ] см снижаем

вдвое:

σ_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; d_a1 = 100 мм;

d_f1 = 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:

     J_np = πd_f / 64(0,375 + 0,625d_a1 / d_f1)

     J_np = 3,14 * 56 / 64(0,375 + 0,625 * 100 / 56) = 72 * 10⁴ мм⁴.

Стрела прогиба:

     f = l₁ √F_t1 + F_r1 / 48 E J_np

     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                            М_х = 0

Сечение 1                            M_x = R_y4 * 86 * 10^-3

                          М_х = 3250,65 * 86 * 0,001 = 279,6 Нм

Сечение 4                            M_x = F_y2 * 47,5 * 10^-3

                       М_х = 5606,25 * 133,5 * 0,001 = 748,4 Нм

Сечение 2                            М_х = 0

Горизонтальная  плоскость (XOZ)

Сечение 3                            М_у = 0

Сечение 1                            M_y = R_z4 * 86 * 10^-3

                            М_y = 2803,13 * 83 * 0,001 = 241 Нм

Сечение 4 (справа)             M_y = R_z3 * 47,5 * 10^-3

                        М_y = 2803,13 * 47,5 * 0,001 = 133,1 Нм

Сечение 4 (слева)               М_y = 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:

     σ_вр = 920 Н/мм²                               σ_т = 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 = √M_x² + М_y²

     М = √279,6² + 241² = 369,13 Нм

     M_k = T = 891

Эквивалентное напряжение:

     σ_экв = √M² + M_k² / W = 964,4

Коэффициент запаса прочности по текучести при коэффициенте перегрузки К

_п = 2,5 определяется:

     S_Т = σ_Т / К_пσ_экв

     S_T = 750 / 2,5 * 964,4<[S_Т] [S_Т] = 1,2...1,6