Исходные данные: М2=215,11 (Нм)
m=5
1. Расчет выходного окончания ведомого вала.
Условие прочности на кручении: τ = Mкр/Wp < [τ]
Wp=0,2d3=14817,6 (мм)
[τ] = 15 – 20 (мПа)
db2> М2 / [τ] *0,2 = 38,6 (мм)
db2= 42 (мм)
τ =13,663 < [τ]
2. Расчет ступицы колеса.
dст= (1,6 – 1,8) db2= 71,4 (мм)
lст= (1,4 – 1,6) db2= 63 (мм)
3. Расчет и выбор шпонки.
Для соединения вала с деталями передающими крутящий момент применяются призматические шпонки из стали, имеющие δ13>600(мПа).
lшп= lст-(5 – 10)
lшп=53 – 58 = 56 (мм)
Расчет усилий, действующих на шпонку.
Рсм=2М/d
Fсм=(h-t1) lраб
lраб=l – b
δсм= Рсм /Fсм=2М2 /(h-t1) (l – b) d2< [δсм] =80 (мПа)
δсм=76,515 < [δ] (мПа)
Проверка на недогрузку
[δсм] - δсм / [δсм] = 4,356% < 15%
Проверка на срез.
Площадь среза: Fср= bl
τср=2М2 / l b db2 < [τср]
[τср] =0,6 [δсм] =48(мПа)
τср=14,346 (мПа)
τср < [τср]
4. Подбор подшипников.
Будем использовать радиально-упорные однорядные шарикоподшипники. Радиально-упорные однорядные шарикоподшипники воспринимают комбинированные радиальные и осевые нагрузки. Осевая грузоподъем – ность зависит от угла контакта.
α=12, 26, 360
С увеличением α этого угла осевая нагрузка возрастает за счет радиальной. Эти подшипники способны воспринимать осевые нагрузки только в одном направлении, поэтому для фиксации вала в обе стороны их устанавливают попарно.
Принимаем подшипники 36210
3 – α=12
6 – характер восприятия нагрузки; радиально-упорный
2 – серия легкая
10 – d=10 5 = 50 (мм)
5. Расчет и конструирование крышек подшипников.
Крышки закрывают подшипниковый узел и припятствуют попадания в него масла из редуктора и грязи.
Основным критерием выбора крышки под подшипник является dкрыш=Dподш.
Используем крышки прижимные низкие с канавкой под уплотнительное кольцо и прижимные под манжетное уплотнение.
|
|
6. Расчет толщены стенок корпуса редуктора.
В корпусе редуктора размещаются детали зубчатых и червячных передач.
При его конструировании должны быть обеспечены прочность и жесткость исключающие перекосывалов.
Толщена стенок δ = 0,07* аw +2=12,5 (мм)
Материал из которого изготовляются стенки корпуса редуктора СЧ15
Толщена фланца: δфл =1,5* δ =18,75 (мм)
Ширина фланца: lфл =3* δ = 37,5 (мм)
В местах крепления крышек и корпуса и в месте установки пробки маслосливного отверстия обеспечивают приливы высотой 6 мм.
7. Расчет усилий в червячном зацеплении.
Условно-пространственная схема редуктора.
Исходные данные: M1 = 16,8 (Н*м)
d1 = 50 (мм)
M2 = 172 (Н*м)
d2 = 250 (мм)
Pr – сила, направленная по радиусу к центру колеса (радиальное усилие)
Pa – сила, направленная параллельно оси вала (осевое усилие)
Pt – сила, направленная по касательной к делительной окружности (окружное усилие)
Pt1 =Pa2=2M1/d1= 2*16800/50=672 (H)
Pt2 =Pa1=2M2/d2=2*172000/250=1376 (H)
Pr1 = Pr2 = 2M2/d2*tgα=500,82 (H)
8. Расчет ведомого вала на выносливость.
Исходные данные: Pa2=672 (H)
Pt2 =1376 (H)
Pr2 =500,82 (H)
Требуется расчитать ведомый вал на выносливость, определив коэффициент запаса прочности.
1. Сначала повернем ведомый вал на 900 против часовой стрелки, совместим с осью z. Приведем усилие зацепления в точку С. Силу Pr2 перенесем по линии действия, а силы Pa2 и Pt2 приводим к точке С.
Действие силы Pa2 – растяжение вала (в расчетах не учитывается)
М(Pa2) = Pa2*0,5d2= 672*0,5*250=84000(Н*мм) – растяжение вала
М(Pt2) = Pt2*0,5d2= 1376*0,5*250=172000(Н*мм)
Действие момента – изгиб в плоскости yz
|
|
Действие от момента Pt2 – кручение в плоскости xy
Действие от силы Pr2 – изгиб в плоскости yz
Исследуем напряженное состояние вала в плоскости yz:
a=50 – 80
b=80 – 110
c=90 – 110
MA= - М(Pa2) - Pr2*a = - 84000 – 500,82*65= - 116553,3 (Н*мм)
Исследуем напряженное состояние вала в плоскости xz:
MA= Pt2*a= 1376*65=89440 (Н*мм)
xy – кручение
Мкр=М2=172000 (Н*мм)
dподш=50(мм)
Wизг= 0,1d3подш=12500 (мм3)
Wкр= 0,2d3подш=25000 (мм3)
МSизг= М2А + М2А = 146915,572 (Н*мм)
3. Определим суммарные напряжения:
δmax= МSизг /Wизг=11,75 (мПа)
τmax= Мкр /Wкр=6,88 (мПа)
4. Характеристики циклов напряжений.
Предполагаем, что нормальные напряжения меняются по симметричному циклу, а касательные по отнулевому.
Для симметричного цикла коэффициент асимметрии r = δmin/ δmax=-1
δm=0
δmax=11,75 (мПа)
Для отнулевого цикла коэффициент асимметрии r = τmin /τmax=0
τa=τm= τmax/2=3,44 (мПа)
τmin=0
5. Определить предел выносливости вала.
Вал изготовлен из стали 45.
δв=650 – 750 (мПа)
δ-1=0,43*δв=301 (мПа)
τ-1=0,5*δ-1=150,5 (мПа)
6. Характеристики концентратора напряжения в опасном сечении.
Концентрация напряжения обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом.
По ист.1 стр.166 табл.8,7.
kδ – эффективный коэф. концентрации нормального напряжения.
εδ – масштабный фактор для нормальных напряжений.
kδ/εδ =3,6
Для касательных напряжений:
kτ/ετ =0,6* kδ/εδ +0,4=2,56
ψτ=0,1
ψδ=0,2
β – коэф. учитывающий шерховатость поверхности.
β=0,97 – 0,99
Расчитаем коэф. запаса прочности по нормальным напряжениям.
Sδ= δ-1 / (kδ/εδ *β) * δv+ ψδ*δm=6,18
Рассчитаем коэф. запаса прочности по касательным напряжениям.
|
|
Sτ= τ-1 / (kτ/ετ *β) * τv+ ψτ*τm=13,29
Результирующий коэф. запаса прочности для опасного сечения.
Så= Sτ*Sδ / Sδ +Sτ=5,6 > [S]=2,5 – 4
Следовательно обеспечивается и жесткость и прочность вала.
9. Расчет и выбор муфты.
Для соединения вертикальных валов используют муфты ППФ и МПР.
Основное требование предъявляемое к валам – их соосность. Муфты применяют для передачи крутящего момента. Муфта подбирается под диаметры валов под муфту. Фиксирующее кольцо служит для восприятия осевых нагрузок. Изготавливаются муфты из углеродистых сталей.
Корпус муфты состоит из двух половин с продольным разъемом. На наружние конические поверхности полумуфт надеваются кольца, которые стягиваются тремя шпильками. Сами полумуфты надеваются на валы при помощи шпоночных соединений. Окончание валов обрабатывается под фиксирующее кольцо, которое состоит из двух половин, скрепляемые пружинными кольцами.
10. Допуски и посадки.
Посадка – это характер соединения двух деталей, определяемый разностью их размеров.
Допуск – это разность между предельными отклонениями от номинального размера при изготовлении вала или отверстия.
Посадка Æ42 Н7/m6 – посадка в системе отверстия, отверстие – Н7.
Нижнее предельное отклонение у Н7 – 0
Верхнее предельное отклонение у Н7 – +25 мкм.
Наименьший предельный диаметр – 42,0 мм
Наибольший предельный диаметр – 42,025 мм
Нижнее предельное отклонение у m6 – +9 мкм.
Верхнее предельное отклонение у m6– +25 мкм.
Наименьший предельный диаметр – 42,009 мм
Наибольший предельный диаметр – 42,025 мм
Мы имеем переходную посадку если:
1. Вал имеет наибольший предельный диаметр – 42,025 мм,
а отверстие наименьший предельный диаметр – 42,0 мм.
Nmax=42,025-42,0=0,025 мм
Nmin=0
2. Вал имеет наименьший предельный диаметр – 42,009 мм,
а отверстие наибольший предельный диаметр – 42,025 мм.
Smax = 42,025 – 42,009 = 0,016 мм.
Поле допуска.
Зону между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется полем допуска.
Диаметр 42Н7m6 означает соединение двух деталей с номинальным Æ 42
обработанных по полям допусков Н7, m6 в системе отверстия.
7,6 – номер квалитета (совокупность допусков соответствующие одинаковой точности).
11. Расчет элементов аппарата
1. Расчет толщины стенок конического днища
S1=PDp / ((2j [s] -p) cosa) + C
Dp=DВ – 2 [zB (1–cosα) + sina Ö(DBS1 / cosa)] =
=1200 – 2 [180 (1-cos45) + Ö2 / 2 · Ö1200 · 6 / cos45)] =952 мм
Sk=(0,36·952·2 / (2·0,9141-0,36) Ö2) + 3 = 4,9 мм
по ГОСТу 12621-67Sдн=6 мм=>Sоб=6 мм
2. Расчет толщины обечайки
Sоб= PDp / (2j [s] -p) + C
P=0,36 Н/мм2
DB=1200 мм
φ=0,9
[σ] =141 Н/мм2 (по табл.17.1)
С=3 мм
Sоб=0,36·1200 / (2·0,9·144 –0,36) +3 = 4,7 мм
3. Расчет толщины стенок элептической крышки
Sкр= PDp / (2j [s] -p) + C = 0,36·1200 / (2·0,9·141 – 0,36) +3 = 4,7 мм
по ГОСТу 6533-68 Sкр=6 мм (табл.17.2)
4. Определение высоты аппарата
Высота обечайки:
Ho=1,2DB=1,2·1200 = 1440 / 5 = 288 мм
α=90
Высота эллептической крышки
hB=300 мм
h1=25 мм
(по табл.17.2)
h1+hB = 331 мм
Высота конического днища
hB=672 мм
h1=40 мм
h1+hB = 712 мм
Высота штуцера в днище (по табл 19.1)
H±S = 180 мм + высота крышки 20 мм
H=200 мм
Общая высота апарата:
H=858+331+1440+712+200=3541 мм
Масштаб 1: 5
H/5 = 3541/5 = 708,2
5. Подбор штуцеров
Dл=450 мм
l=240 – 280 мм
Dн=590
H=200
b1=30 мм
Ho=200+30+3+12=245
Ho/5 = 49
12. Проверка герметичности
1. Жесткость болта
Cб=Eст·Fб / lб раб
Lб раб=2b + hпр + 4
Ест=2·105 МПа
Fб=πdδ2 / 4
hпр=2 мм
Cб=2·105·3,14=6,28·105