Определения нагрузок валов редуктора

Определения нагрузок валов редуктора

Валы редуктора испытывают два вида деформаций – изгиб и кручение. Деформация кручения на валах возникает под действием вращающих моментов, приложенных со стороны двигателя и рабочей машины. Деформация изгиба валов вызывается силами  в червячном зацеплении закрытой передачи и консольными силами со стороны открытых передач и муфт.

На данном этапе расчета необходимо рассчитать силы в зацеплении закрытой передачи и консольные силы.

Формулы для расчетов занесены в таблицу 10.

Силы в зацеплении закрытой передачи и консольные силы

Таблица 10

Вид передачи	Силы в зацеплении	Значение силы, Н
		На червяке	На колесе
Червячная	Окружная
	Радиальная	Fr1 = Fr2	Fr2 = Ft2tga
	Осевая	Fa1 = Ft2	Fa2 = Ft1
Плоскоременная	Консольная
Клиноременная	Консольная
Поликлиноременная	Консольная
Муфта	Консольная	На быстроходном валу FM1 = 50…	На тихоходном валу FM2 = 250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а – угол зацепления, 200.

Схема нагружения валов редуктора выполняется на миллиметровой бумаге формата А4 карандашом и должна содержать: название схемы; силовую схему нагружения валов в изометрии, координатную систему осей х, у, z для ориентации схемы, основную надпись и таблицу силовых и кинематических параметров передачи.

Пример нагружения валов редуктора и условные обозначения некоторых элементов машин изображены на рис 3. Условные обозначения некоторых элементов машин и механизмов в схемах, вычерчиваемых в аксонометрических проекциях (ГОСТ 2.770 - 68)

 

 

Схема нагружения валов червячного одноступенчатого редуктора

 

Рис. 3 Пример схемы нагружения валов червячного одноступенчатого редуктора с муфтой и открытой цилиндрической прямозубой передачей

 

3. Ориентировочный расчет валов. Конструктивные размеры червячного колеса

1. Выбор материала  валов

В проектируемых редукторах рекомендуется применять термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45 и 40Х, одинаковые для быстроходных и тихоходных валов. Механические характеристики сталей для изготовления валов (σв, σт, σ-1) определяют по табл. 5 (см. приложение)

2. Определение геометрических параметров ступеней валов

Таблица 11

Ступень вала и ее размеры		Вал-червяк	Вал колеса
1-я под элемент открытой  передачи или полумуфты	d1	, где Мк = Т – крутящий момент, равный вращающемуся моменту на валу, Н·м
		под полумуфту под шкив
2-я под уплотнение крышки  с отверстием и подшипник	d2
3-я под шестерню, колесо	d3
		– определить графически на эскизной компоновке
4-я под подшипник	d4
		l4 = B + c – для шариковых подшипников l4 = Т + c – для роликовых конических подшипников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания:

1. Значения высоты буртика t, ориентировочные величины фаски ступицы f и координаты фаски подшипника r определить в зависимости от диаметра соответствующей ступени d, мм:

d	17...24	25..30	32..40	42...50	52...60	62...70	71...85
t	2	2,2	2,5	2,8	3	3,3	3.5
r	1,6	2	2,5	3	3	3,5	3,5
f	1	1	1,2	1,6	2	2	2,5

2. Диаметр d1 выходного конца быстроходного вала, соединенного с двигателем через муфту, определить по соотношению d1 = (0,8...1,2)d1, где d1 – диаметр выходного конца вала ротора двигателя.
3. Диаметры и длины ступней валов d; l округлить до ближайших стандартных чисел, определяя диаметр каждой последующей ступени по стандартному значению диаметра предыдущей. Стандартные значения d3 и d4 под подшипники принять равными диаметру внутреннего кольца подшипника d по табл. 7,8 (см. приложение); стандартные значения диаметров и длин остальных ступней принять по табл. 6 (см. приложение).
4. При разработке чертежа общего вида привода размеры диаметров и длин ступней валов (d , l) уточняются.

3. Предварительный выбор подшипников качения

Осуществляется в следующем порядке:

1. В соответствии с табл. 7, 8 (см. приложение) определить тип, серию и схему установки подшипников.
2. Выбрать из табл. 7, 8 (см. приложение) типоразмер подшипников по величине диаметра d внутреннего кольца, равного диаметру второй d2 и четвёртой d4 ступней вала под подшипники.

3. Вписать основные параметры  подшипников.

4. Разработка чертежа общего вида редуктора. 
Рис. 4 Геометрические параметры червячного колеса

Таблица 12

Элемент колеса	Размер	Значение
Обод	диаметр наибольший	dам (см. табл.)
	диаметр внутренний	dв = 0,9d2 - 2,5т; d2иm (см. табл.)
	толщина	S ≈ 0,05d2; S0≈ 1,2S; h = 0,15b2; t=0,8h
	ширина	b2 (см. табл.)
Ступица	диаметр внутренний	d = d3 (см. табл.)
	диаметр наружный	стальная dcт= l,55d, чугунная dст= 1,6d при соединении шпоночном и с натягом
	толщина	δст ≈ 0,3d
	длина	lст= (l...l,5)d
Диск	толщина	С = 0,5(S + δст) ≥ 0,25b2
	радиусы закруглений и уклон	R ≥ 10; ≥ 70
	отверстия	d0 ≥ 25 мм; n0=4...6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания:1. На торцах зубьев выполняют фаски размером f = 0,5т с округлением до стандартного значения по табл.

3. Угол фаски аф= 45°.

 

 

Конструктивные элементы корпуса и крышки редуктора

Корпус редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки, а также воспринятия сил, возникающих в зацеплении редукторной пары, подшипниках, открытой передачи. Наиболее распространенный способ изготовления корпусов — литье из серого чугуна (например, СЧ15).

В проектируемых одноступенчатых редукторах принята в основном конструкция разъемного корпуса, состоящего из крышки (верхняя часть корпуса) и основания (нижняя часть). Корпуса червячных редукторов с межосевым расстоянием aw ≤ 140 мм изготовляют неразъемными (рис. 6, 7).

1. Форма корпуса. Определяется в основном технологическими, эксплуатационными и эстетическими условиями с учетом его прочности и жесткости. Этим требованиям удовлетворяют корпуса прямоугольной формы, с гладкими наружными стенками без выступающих конструктивных элементов; подшипниковые бобышки и ребра внутри; стяжные болты только по продольной стороне корпуса в нишах; крышки подшипниковых узлов преимущественно врезные; фундаментные лапы не выступают за габариты корпуса.

а) Габаритные (наружные) размеры корпуса. Определяются размерами расположенной в корпусе редукторной пары и кинематической схемой редуктора. При этом вертикальные стенки редуктора перпендикулярны основанию, верхняя плоскость крышки корпуса параллельна основанию — редукторная пара вписывается в параллелепипед.

б) Толщина стенок корпуса и ребер жесткости. В проектируемых малонагруженных редукторах (Т2≤500 Н·м) с улучшенными передачами толщины стенок крышки и основания корпуса принимаются одинаковыми:

δ=1,8≥ 6 мм,

где Т2 — вращающий момент на тихоходном валу, Н·м.

Внутренний контур стенок корпуса очерчивается по всему периметру корпуса с учетом зазоров х и у между контуром и вращающимися деталями.

Основание корпуса и крышку фиксируется двумя коническими штифтами, устанавливаемыми без зазора до расточки гнезд под подшипники. Основание крышки и корпуса соединяется винтами для обеспечения герметичности. Подшипники закрываются крышками глухими и сквозными, через которые проходят концы валов. Широкое применение получили врезные крышки для валов.

 

2. Смотровой люк. Служит для контроля сборки и осмотра редуктора при эксплуатации. В червячных редукторах с верхним или боковым расположением червяка люк целесообразно расположить в одной из боковых сторон корпуса для наблюдения за регулированием зацепления. Смотровой люк делают прямоугольной или (реже) круглой формы максимально возможных размеров.

Люк закрывают крышкой. Широко применяют стальные крышки из листов толщиной δк ≤ 2 мм. Для того чтобы внутрь корпуса извне не засасывалась пыль, под крышку ставят уплотняющие прокладки из картона (толщиной 1…1,5 мм) или полосы из резины (толщиной 2...3 мм).

 

Рис. 5 Формы корпусов одноступенчатых червячных редукторов с расположением червяка:

а — верхним; б— боковым.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эскизная компоновка I и II этапы

Последовательность разработки чертежа представлена на рис.

Эскизная компоновка выполняется на масштабно-координатной бумаге.

 

Рис. 8 Последовательность разработки чертежа общего вида червячного одноступенчатого редуктора:

а) вычерчивание червячной передачи; б) построение контура внутренней поверхности стенок корпуса; в) вычерчивание ступеней валов; г) вычерчивание контуров подшипников.

 

 

3.9. Проверка прочности валов

Дано: Ft1 = 3600H, Fr1 = 1357H, Fa1 = 965H, Fon = 815H, d1 = 0,06м, lб= 0,14м, lon = 0,05м. 1. Вертикальная  плоскость: а) определяем опорные реакции   RАу и RВу в подшипниках, Н: ΣМ3 = 0   =>   ΣМ1 = 0   => Проверка:  ΣY = 0   RАy – Fr1 + RВy –= 0  б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях 1…4, Н*м: Мх1 =; Мх2 = ; Мх2 = ; Мх3 =Мх4= 0. 2. Горизонтальная  плоскость: а) определяем опорные реакции   RАх и RВх в подшипниках, Н: ΣМ3 = 0   => ΣМ1 = 0   => Проверка:  ΣХ = 0   RАх – Ft1 + RВx = 0 б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси У в характерных сечениях 1…3, Н*м: Му1 = 0; Му2 = ; Му3 =. 3. Строим эпюру  крутящих моментов, Н*м: Мк = МZ = . 4. Определяем суммарные  радиальные реакции, Н: RА =; RВ = . Определяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях, Н*м: М2 = ; М3 =

Дано:    Ft1 = 1100H, Fr1 = 1820H, Fa1 = 4900H, Fм = 531H, d1 = 0,08м, lб= 0,2м, lм = 0,044м. 1. Вертикальная плоскость: а) определяем опорные реакции   RАу и RВу в подшипниках, Н: ΣМ3 = 0   => ΣМ1 = 0   =>   Проверка:  ΣY = 0  – RАy – Fr1 + RВy = 0 б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях 1…3, Н*м: Мх1 = Мх2 =  ; Мх2 =  ; Мх3 = . 2. Горизонтальная плоскость: а) определяем опорные реакции   RАх и RВх в подшипниках, Н: ΣМ3 = 0   => ΣМ1 = 0   =>   Проверка:  ΣХ = 0   Fм + RАх Ft1 RВx = 0 б) строим эпюру изгибающих моментов относительно оси У в характерных сечениях 1…4, Н*м: Му1 = 0; Му2 = ; Му3 =; Му4 = 0. 3. Строим эпюру крутящих  моментов, Н*м: Мк = МZ = . 4. Определяем суммарные  радиальные реакции, Н: RА =; RВ = . 5. Определяем суммарные  изгибающие моменты в наиболее  нагруженных сечениях, Н*м: М2 = М3 =