Расчет и конструирование типовых деталей и узлов машин и механизмов

 

                     =0,55  > е=0,38; по табл.16.9,[3,с.352]   , X=0,4;Y=1,57; 

   

Определяем эквивалентные  динамические нагрузки на подшипники:

   

                                                                                            [3, c.331]

   

где –    -  коэффициент безопасности; =1,2  ,   табл.16.14  , [3, c.361]

   

V=1 – коэффициент вращения (вращается внутреннее кольцо подшипника);

   

 – температурный коэффициент, =1 , [3, c.333] ;

   

                   =(1·2799+0·125)·1,2 ·1,0=3359 H;

   

                 =(0,4·1834+1,57·125)·1,2·1,0=1116  H;

 

              Требуемая  долговечность наиболее нагруженного подшипника в опоре A

 

                                      =9198 часов                                        [3, c.332] 

 

Тогда долговечность подшипника равна:

 

                                           ч  >   Lh=9198 часов.

   

Подшипник пригоден. 
 

                 Проводим расчет для подшипников  тихоходного вала.  На валу  установлены

подшипники роликовые  конические однорядные  № 7209 , Со= 33000 Н, частота вращения вала:   n= 273 мин¹, е=0,41; Y= 1,46.

                  Определяем суммарные реакции  опор:

 

                                   1884   Н;

 

                                 3405    Н.

 

               

Осевые составляющие нагрузки на подшипники:

 

                                  

1884 =641

  Н;

 

                                       

3405 =1158

  Н;

 

            

Поскольку > , а Fa=445 Н < -

;

то осевые нагрузки на каждый подшипник определяются по формулам:

 

                                =1158Н;        =1158 +445 = 713 Н.

 

                 Определяем отношение:

 

                     = 0,38 <е=0,41; по табл.16.12, [3, c.358] , X=1;Y=0;

 

            

 

                     =0,34 < е=0,41; по табл.16.9,[3,с.352]   , X=1;Y=0; 

   

Определяем эквивалентные  динамические нагрузки на подшипники:

   

                       = (1·1884+0·445)·1,2·1,0= 2261 H;

   

                       = (1·3405+0·445)·1,2·1,0= 4086 H;                                                  

 

              Требуемая  долговечность наиболее нагруженного подшипника в опоре D:

 

                    64481  ч >   Lh=9198 часов.                 

   

Подшипник пригоден.

          11. ПОДБОР И ПРОВЕРКА ШПОНОЧНЫХ И ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

 

    

                 Для закрепления на валу зубчатого колеса, шкива и полумуфт муфты применяем призматические шпонки, выполненные по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок - сталь 45.

    

Так как высота и ширина призматических шпонок выбираются по стандартам, расчет сводится к проверке размеров по допускаемым напряжениям

    

                        = 120 МПа                                [3,с.48]

    

где T - крутящий момент на валу, Нм;

          

d - диаметр вала, мм;

          

h - высота шпонки, мм;

    

 = 120 МПа – допускаемые напряжения смятия;

          

t₁ - заглубление шпонки в валу, мм.

    

      Шпонка под муфту на быстроходном валу :

    

Выбираем шпонку для диаметра 32 мм, у которой 10 мм, 8 мм, 5 мм, длина шпонки 70 мм.

    

Рабочая длинна шпонки

    

=70 – 10=60 мм.

    

Напряжения смятия:

    

МПа  < = 120 МПа.

    

       Шпонка под коническое зубчатое колесо на выходном валу:

    

Выбираем шпонку для диаметра 50 мм, у которой 14 мм, 9 мм, 5,5 мм, длина шпонки 50 мм .

    

Рабочая длина шпонки:      =50 – 14= 36 мм.

    

Напряжения смятия:

    

МПа  < = 120 МПа                              

    

       Шпонка под шестерню на выходном конце ведомого вала:

    

Выбираем шпонку для диаметра 40 мм, у которой 12 мм, 8 мм, 5 мм, длина шпонки 50 мм.

    

Рабочая длинна шпонки:        = 50 – 12= 38 мм.

    

Напряжения смятия:

    

МПа  < = 120 МПа                             

12. РАСЧЕТ ВАЛОВ ПО УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ БЕЗОПАСНОСТИ

 

    

Примем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному  циклу, а касательные от кручения — по отнулевому (пульсирующему).

    

Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности s для опасных сечений и сравнении их с требуемым (допускаемыми) значениями [s]. Прочность  соблюдена при s >[s].

    

Будем производить  расчет опасных сечений каждого  из валов.

Проверочный расчет  быстроходного  вала

    

 Материал  вала сталь 40ХН, термообработка — улучшение. По табл. 12.13 [4] при диаметре заготовки до 100 мм сталь имеет следующие механические характеристики:

    

- предел выносливости  = 980 МПа;

    

- предел выносливости  при симметричном цикле изгиба =490 МПа;

    

- предел выносливости  при симметричном цикле касательных  напряжений

    

290 МПа.

    

Опасное сечение  под опорой А.

    

Суммарный изгибающие моменты в опасном сечении:

    

 Н·м,

    

Момент сопротивления  вала при кручении равен:

    

 мм³.

    

Амплитуда напряжений и средние напряжения кручения

    

    

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

    

,

    

где - эффективный коэффициент концентрации напряжений,

    

=1,6 (табл. 12.5. [4

]

);

    

- масштабный фактор зависимости  от диаметра вала, 0,89 (табл. 12.2 [4

]

);

       

- коэффициент, учитывающий качество  обработки поверхности, - обтачивание чистовое

[

4, табл. 12.9

]

;

 

=0,08 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений изгиба

[

4, рис. 1.4

]

;

    

    

Момент сопротивления  вала при изгибе равен:

    

 

    

Амплитуда номинальных  напряжений изгиба

    

    

Коэффициент безопасности сечения вала по изгибу:

    

,

где - эффективный коэффициент концентрации напряжений, =1,75

[

4, табл.12.6

]

;

 

- коэффициент, учитывающий качество  обработки поверхности,  0,94 - обтачивание чистовое

[

4, табл. 12.9

]

;

 

- масштабный фактор зависимости  от диаметра вала, 0,78

[

4, табл. 12.2

]

;

 

s

_m – постоянная составляющая цикла изменения напряжений, - симметричный цикл изменения напряжений изгиба;

 

=0,1 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений изгиба,

[

4, рис. 1.4

]

;

    

    

. Общий коэффициент безопасности

    

    

Условие прочности  вала на выносливость выполняется.

    

Проверочный расчет ведомого вала

    Материал  вала сталь 45, термообработка — улучшение. По табл. 12.13 [4]; при диаметре заготовки до 60 мм (в нашем случае d = 55 мм). Сталь имеет следующие механические характеристики:

    - предел выносливости  = 785 МПа;

    - предел выносливости при симметричном  цикле изгиба

=383 МПа;

    - предел выносливости при симметричном  цикле касательных напряжений 226 МПа.

    Суммарный изгибающие моменты в опасном  сечении под опорой D:

    

 Н·м, 

    Момент  сопротивления вала

    

 мм³.

    Амплитуда номинальных напряжений изгиба

    

    Коэффициент безопасности сечения вала по изгибу

    

,

где - эффективный коэффициент концентрации напряжений, =2 [4, табл.12.6];

  - коэффициент, учитывающий качество  обработки поверхности,  0,94 - обтачивание чистовое [4, табл. 12.9];

  - масштабный фактор зависимости  от диаметра вала, 0,78 [4, табл. 12.2];

 s_m – постоянная составляющая цикла изменения напряжений, - симметричный цикл изменения напряжений изгиба;

  =0,1 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений изгиба, [4, рис. 1.4];

 

 Полярный  момент сопротивления сечения вала

 

 мм³,

    Амплитуда напряжений и средние напряжения кручения

    

    Коэффициент запаса прочности

    

,

где - эффективный коэффициент концентрации напряжений, =1,9 [4, табл.12.6];

  - коэффициент, учитывающий качество  обработки поверхности,  0,94 - обтачивание чистовое [4, табл. 12.9];

  =0,81 - масштабный фактор зависимости от диаметра вала [4, табл. 12.2];

  =0,06 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений, кручения [4, рис. 1.4];

 

    Общий коэффициент безопасности

    

    Условие прочности вала на выносливость выполняется.  
 
 
 
 
 
 
 
 

13. НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК, ШЕРОХОВАТОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ДОПУСКОВ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

 

                   Посадки осуществляются по двум системам: система отверстия и система вала. В посадках по системе отверстия предельные размеры отверстия остаются постоянными и различные посадки осуществляются изменением размеров вала. В посадках по системе вала предельные размеры вала остаются постоянными и различные посадки осуществляются изменением размеров отверстия. В обозначения посадки входит номинальный размер, общий для обоих соединяемых элементов (отверстия и вала), за которыми указывается поле допуска для каждого элемента в виде дроби. Для отверстий – прописными буквами , для вала – строчными.

            Исходя из рекомендаций табл. 8.11 [7,с169] посадка распорных втулок на вал между зубчатым колесом и подшипником  Н8/k6.Посадка соединительной муфты на тихоходном валу (с использованием шпонки) H7/m6, шкива на быстроходном входном валу H7/js6. Посадка червячного колеса  на валу (с использованием шпонки) - H7/р6.

              Поле допуска вала при посадке подшипников - k6, поле допуска отверстия - H7 (табл. 8.11 [7,с.169]).

               Допуски формы и расположения  поверхностей назначаем при наличии  особых требований, вытекающих из  условий работы – это поверхности в местах установки подшипников, зубчатых колес, звездочек и т,д. предельные отклонения формы и расположения поверхностей указываются на чертеже в виде условных обозначений в рамках разделенных на 2 или 3 части, в которых помещают  - знак отклонения , затем предельное отклонение в мм и буквенное обозначение базы (поверхности) к которой относится отклонение.

               Для обозначения шероховатости  поверхности на чертежах используются  специальные знаки с указанием  на них числового значения параметра шероховатости в мкм.

             По табл. 16.5.1 [1,с.86] принимаем шероховатость рабочих контуров деталей, поверхностей после литья, несопрягаемых поверхностей оснований, кронштейнов, корпуса, отверстия под проход болтов имеют шероховатость R_a=80 мкм (без снятия материала), и R_a=12,5 мкм (со снятием материала). Нерабочие концы валов, втулок, не сопрягающихся поверхностей колес, имеют шероховатость R_a=3,2 мкм. Нерабочие торцы зубчатых колес и поверхности канавок имеют шероховатость R_a=3,2 мкм. Шероховатость R_a=3,2 мкм у поверхностей резьбы, R_a=1,6 посадочных поверхностей зубчатых колес, звездочек, шкивов, привалочных плоскостей корпусных деталей, присоединительных плоскостей крышек и фланцев. У посадочных мест под подшипники и конических отверстий под штифты шероховатость R_a=0,8 мкм.

                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                             14. СБОРКА И РЕГУЛИРОВКА РЕДУКТОРА 

          Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

     Сборку  производят в соответствии с сборочным  чертежом редуктора, начиная с узлов валов:

     на  быстроходный вал устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле и вставляют в корпус крышки.

     В ведомый вал закладывают шпонку, напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, устанавливают подшипники, предварительно нагретые в масле.

     Собранный вал укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса герметиком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают винты, крепящие крышку к корпусу.

     Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки).

     Подшипники  закрывают крышками.

     Далее на конец ведомого вала в шпоночную  канавку закладывают шпонку.

     Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия  с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой; закрепляют крышку винтами.

     Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию  на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями. 
 
 
 
 
 
 
 

                                                     ЛИТЕРАТУРА

 

1. Детали машин. Проектирование: учебн. пособие\ Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда. 2-е изд., испр. И доп. – Мн.:УП «Технопринт», 2002. – 290 с.
2. Шейблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для техникумов. – М.: Высш. шк., 1991. – 432 с.: ил.
3. Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин: Справочное пособие/А.В. Кузьмин и др. - Мн.: Вышэйшая школа, 1986 - 400 с.
4. Детали машин в примерах и задачах/Под общ. ред. С.Н. Ничипорчика. - 2-е изд. -  Мн.: Вышэйшая школа, 1981. - 432 с.
5. Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для  машиностроит. спец. техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Высш. шк., 1990. - 399 с.
6. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х т.:Т. 2. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 912 с.: ил.
7. Курсовое проектирование деталей машин/С.А. Чернавский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 416 с.