Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов (стр. 7 из 9)
KF2- коэффициентнагрузки; KF2= KFβ × Kfv; (3) - C.42;
KFβ - коэффициент неравномерности распределения нагрузки, зависит от Хво = b2/d2= =315/4500 = 0,07; KFβ =l.
Kfv- динамический коэффициент;Kfv= 1,25; Kf2 = 1 × 1,25 = 1,25.
Выносливость зубьев на изгиб обеспечена, т. к. δf2= 28,5 МПа < [δf]2= 44,6 МПа.
5.5 Расчёт деталей машины на прочность
5.5.1 Расчёт вала подвенцовой шестерни
Исходные данные:
1) передаваемый валом вращающий момент-Т= Т2= 13446 Н.м =13446 ×103 Н.мм;
2) угловая скорость ω=ω2= 3,86 рад/с;
3) окружная сила на шестерне -Ft = 49,8 × 103 Н;
4) радиальная сила на шестерне -Fr= 18,1 × 103Н;
Проектировочный расчёт
Определяем диаметр конца вала (под полумуфту) из расчёта только на кручение:
где Мк - крутящий момент, действующий в сечениях конца вала, Н.мм;
Мк=T= 13446 × 103 Н.мм;
[ĩ]к - допускаемое напряжение кручения, МПа (н/мм2); [ĩ]к = 20.. .30 н/мм2;
принимаем [ĩ]к = 30 МПа (н/мм2)
принимаем по ГОСТ 6036-69 d =150 мм.
Проверочный расчёт вала
Вычерчиваем схему подвенцовой шестерни и назначаем диаметры шеек вала (см.рис. 5.4а): слева - направо:
1) d1 = 150 мм - под посадку полумуфты;
2) dп = 170 мм - под посадку подшипников;
3) dш =190 мм - под посадку подвенцовой шестерни.
Вычерчиваем расчётную схему вала (рис. 7.46). На шестерню действуют взаимно перпендикулярные окружная Ft и радиальная Fvсилы. Заменим их действие на вал действием результирующей силы:
Сила Fрез пересекает ось вала в точке "С" под прямым углом. Повернём вал так, чтобы Fрез была направлена вертикально и вычертим расчётную схему (см. рис. 7.4в). На вал действует плоская система сил Fрез, реакции подшипников Raи Re. Т. к. сила Fрез расположена на одинаковом расстоянии от подшипников А и Б, то их реакции направлены, как показано на схеме, и равны:
Ra = Rb = Fрез/2 = 53 × 103/2 = 26,5 × 103 Н = 26,5 КН.
Выбираем для изготовления вала сталь 45 ГОСТ 1050-88, имеющую следующие механические свойства: предел прочностиδв = 890 МПа (н/мм2), предел текучестиδт = 650 МПа (н/мм2), предел выносливости по нормальным напряжениямδ-1= 380
МПа (н/мм2), предел выносливости по касательным напряжениям
ĩ -1= 0,58 × δ-1=0,58 × 380 = 220 МПа (н/мм2),
средняя твердость - 285 НВ, термообработка -улучшение.
Определяем изгибающие моменты в сечения вала:
Миа= Мив = Миб= 0; Мис= Ra ×0,4 = 26,5 × 10з× 0,4 = 10,6 × 103Н.м.
Строим эпюру изгибающих моментов (рис. 5.4г).
Вращающий момент передаётся от середины ступицы полумуфты, насаженной на крайнюю левую шейку вала (см. рис. 5.4) до середины подвенцовой шестерни по часовой стрелке (если смотреть со стороны полумуфты). Под его действием в сечениях вала на участке ВС возникают крутящие моменты, одинаковые в каждом сечении и равные: Мк = Т - 13446 Н.м. Строим эпюру крутящих моментов (рис. 5.4д). Как видно из эпюр Ми и Мкр, опасным является сечение вала в точке "С" диаметром d=220 мм = 0,22 м. Определяем действующие в нём напряжения:
1) изгиба –
2) кручения –
Напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу с амплитудой, равной: δа= δи = 10,0 МПа, (н/мм2). Напряжения кручения изменяются по отнулевому циклу с амплитудой, равной: ĩа = ĩк/2 = 6,3/2 = 3,15 МПа. В сечении вала "С" - два концентрата напряжения: шпоночный паз с галтелью и посадка с натягом. Согласно примечанию в (2) - С. 15, табл. 02, в расчёт принимаем концентрацию напряжений от посадки шестерни. Определяем для опасного сечения "С" вала коэффициенты, влияющие на концентрацию напряжений:
1) коэффициент влияния шероховатости поверхности - Kf= 1,2 (2) - С. 15, табл. 03;
2) коэффициент влияния поверхностного упрочнения (без него) - Kv= 1,0; (2) - С. 15, табл. 04;
3) отношение эффективных коэффициентов концентрации напряжений
4) коэффициент концентрации для опасного сечения
Определяем пределы выносливости вала в опасном сечении:
Определяем расчётные коэффициенты запаса прочности вала в опасном сечении по нормальным и касательным напряжениям:
Определяем общий расчётный коэффициент запаса прочности вала в сечении "С":
Выносливость вала обеспечивается, т. к. S > [S] = 2,5.
Рис. 5.4. Схемы к расчёту вала
5.6 Подбор и расчёт на прочность шпонок
5.6.1 Подбор и расчёт шпоночного соединения "вал -шестерня"
Исходные данные:
1) диаметр вала d = dш = 190 мм;
2) передаваемый шпоночным соединением вращающий момент Т = 13446 Н.м = 13446 × 103Н.мм;
3) нагрузка переменная, с временными перегрузками на 20%
По диаметру вала d=190 мм для соединения с ним шестерни принимаем призматическую шпонку со скругленными торцами, имеющую следующие размеры поперечного сечения по ГОСТ 23360-78:
1) ширина b = 45 мм;
2) высота h = 25 мм;
3) глубина паза t1 = 15 мм.
Принимаем для изготовления шпонки сталь 45 ГОСT1050-88, имеющую допускаемые напряжения на смятие при переменной нагрузке [δ]см = 70... 100 Н/мм2; принимаем [<5]см = 80 Н/мм2. (2) - С. 77
Расчётная длина шпонки равна:
Полная длина шпонки равна: ℓ = ℓр +b = 208 + 45 = 253 мм; принимаем по ГОСТ 23360-78 I= 250 мм. Записываем условное обозначение шпонки: 45x25x250 ГОСТ 23360-78. Длину ступицы шестерни принимаем на 10 мм больше длины шпонки:
ℓст.ш. = 250+10 = 260мм.
5.6.2 Расчёт шпоночного соединения "вал - полумуфта"
Исходные данные:
1) диаметр вала d = dп= 150 мм;
2) передаваемый вращающий момент Т=13446 Н.м;
3) нагрузка-переменная, с временными перегрузками до 20%.
Принимаем призматическую шпонку с обоими скруглёнными концами, имеющую размеры поперечного сечения по ГОСТ 23360-78:
1) ширину b = 36 мм;
2) высоту h = 20 мм;
3) глубину паза t1= 12 мм.
Материал шпонки - сталь 45 ГОСT 1050-88, допускаемое напряжение на смятие [δ]см = 80 H/мм2 (см. п. 7.6.1.).
Расчётная длина шпонки равна:
Т. к. длина шпонки достаточно большая, принимаем две шпонки расчётной длиной ℓp1 = ℓр/2= 165 мм.
Полная длина каждой шпонки равна: ℓ = ℓр + b= 165+ 36 = 201 мм; принимаем по ГОСТ 23360-78 I = 200 мм. Обозначение шпонки: 36×20×200 ГОСТ 23360-78. Длина шейки вала определится длиной ступицы полумуфты после её подбора.
5.7 Подбор и расчёт подшипников
5.7.1 Подбор и расчёт подшипников подвенцовой шестерни
Исходные данные:
1) угловая скорость вала ω=ω2 = 3,86 рад/с;
2) диаметр вала d= dп= 170 мм;
3) радиальная реакция подшипника Rr = Ra= 26,5 КН, осевая - отсутствует;
4) нагрузка на подшипник-переменная, с временной перегрузкой на 20%
С учётом условий работы намечаем к установке самоустанавливающийся радиальный сферический двухрядный роликоподшипник № 1634 ГОСТ 5720-75, имеющий следующие данные: d= 170 мм; Д = 360 мм, В = 120 мм, Сдин = 252 КН. Определяем эквивалентную динамическую радиальную нагрузку на подшипник:
Re = (XV× Rr + УRа) × Кδ × К ĩ ; (2)-С. 330.
где X, У - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок; X = 1;
Ra- осевая нагрузка; Ra= 0.
V- коэффициент, учитывающий зависимость долговечности подшипника от того, какое из колец вращается; V= 1;
Кδ - коэффициент безопасности, учитывающий влияние характера нагрузок на долговечность подшипника; Кδ = 1,3... 1,8; принимаем Кδ= 1,6;
Кĩ - коэффициент, учитывающий влияние температуры на долговечность подшипника; Кĩ = 1. (2) - С. 331
Re = X× V×Rr×Kδ×Kĩ =l × 1 ×26,5 × 1,6 = 42,4 КН.
Определяем требуемую расчётную динамическую радиальную грузоподъёмность подшипника:
где р - показатель степени; р -10/3; Lh- требуемая долговечность подшипника ; Lh = 4000.. .30000 ; принимаем Lh = 25000.
Долговечность выбранного подшипника обеспечивается, т. к. Счдин = 141,4 КН < Счдин = 252 КН.
5.8 Подбор и расчёт соединительных муфт
5.8.1 Подбор и расчёт муфты, соединяющей ведомый вал редуктора с валом подвенцовой шестерни
Исходные данные:
1) диаметр вала d= dм=150 мм;
2) передаваемый вращающий момент Т= Т2= 13446 Н.м;
3) условия работы - режим - непрерывный, нагрузки - переменные, с временным возрастанием до 120%.
Учитывая большую величину возрастающего момента и условия работы, принимаем к установке зубчатую муфту. Определяем расчётный вращающий момент для её выбора:
Тр = К×Т; (3)-С. 268;
где К - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; К = 1,15... 1,2; принимаем К = 1,2; (3)-С. 272, табл. 11.3;
Т= 1,2 × 13446 = 16135 Н.м = 16,135 КН.м
По диаметру вала dи Тр выбираем зубчатую муфту и записываем её условное обозначение: муфта 23600-150-МЗ-Н ГОСТ 5006-55. Выбранная муфта имеет следующие параметры:
1) крутящий момент - 23600 Н.м.;
2) диаметр посадочного отверстия - d= 150 мм;
3) длина ступицы полумуфты - ℓ =210 мм;
j4) допустимая частота вращения [n] = 1900 мин1
5.8.2 Подбор и расчёт муфты, соединяющей валы электродвигателя и редуктора
Исходные данные: