Рис.2 Расчетная схема быстроходного вала
Предварительные значения диаметров различных участков стальных валов редуктора определяются по формулам ([1], стр. 45), ([1], рис. 3.1):
Тб = 53.8 Нм – вращающий момент на быстроходном валу.
d = 31.555 ммdП = d - 2t, dП = 30 мм – для подшипника;
(выбран коэффициент равный 7, потому что подшипники шариковые) принимается dk = 35мм диаметр быстроходного вала;
dм = 25 мм – диаметр под муфту.
3.1.2 Промежуточный вал
Рис.3 Расчетная схема промежуточного вала
где Тпр – вращающий момент на промежуточном валу.
Тпр = Ттих/2ηUтих,
Где Ттих – вращающий момент на тихоходном валу,
Uтих – передаточное число,
η = 0.94 – КПД.
dк = 44.57 мм
(выбран коэффициент равный 6, потому что подшипники шариковые) принимается dк = 45мм посадочный диаметр ступицы;
r = 2.5мм фаска подшипника;
f = 2мм фаска колеса;
dп = dк + 3*r dп = 37.5 мм
принимается dп1 = 40 мм диаметр под 1-й подшипник;
dп2 = 50 мм диаметр под 2-й подшипник.
3.1.3 Тихоходный вал
Рис.4 расчетная схема выходного вала
dТ = 5*3√ТТ dТ = 68.35 мм
(выбран коэффициент равный 5, потому что подшипники шариковые) принимается dk = 70мм диаметр тихоходного вала;
tцил = 4.5мм высота заплечика;
r = 3мм координата фаски подшипника;
f = 2мм размер фаски колеса;
dп = d + 2tцил dп = 64 мм
принимается dп = 65мм диаметр под подшипник;
принимается dбп = 65мм посадочный диаметр ступицы,
dм – диаметр под полумуфту.
3.2 Расстояния между деталями передач
Чтобы поверхности колес не задевали за внутренние поверхности стенок корпуса, между ними оставляют зазор
Где L – расстояние между внешними поверхностями деталей передач.
L = 396 мм
Расстояние между дном корпуса и поверхностью колес
4 Расчет подшипников качения
4.1 Выбор типа и схемы установки подшипников
Так как неизбежны погрешности изготовления и сборки деталей, то это приводит к перекосу и смещению осей посадочных отверстий корпусов подшипников относительно друг друга. Кроме того, в работающей передаче под действием нагрузок происходит деформация вала.
Промежуточный вал нагружен консольно, кроме того нагружен несимметрично, за счет чего одна опора нагружена существенно сильнее другой, схема подшипников назначается схема с одной опорой фиксирующей, а с другой - плавающей, то есть использую вторую типовую схему нагружения. Тихоходный и быстроходный валы нагружены по третьей типовой схеме нагружения: а именно, две опоры фиксирующие. Использую схему установки подшипников враспор, так как конструктивно она наиболее проста, чем установка в растяжку. Чтобы не происходило защемления в опорах, предусматривают при сборке осевой зазор= 0.2-0.5мм.
Информация о схемах установки подшипников: ( Стр. 52, рис. 3.9, схема 2а)
Для опор цилиндрических косозубых передач принимаются шариковые радиальные подшипники. Назначаются шарикоподшипники легкой серии для всех валов редуктора ([1], табл.24.10):
Для промежуточного вала:
-подшипник 308 ГОСТ 8338-75 с параметрами:
d = 40 мм, D = 90 мм, В= 23 мм, Cr = 41 кH, Cor = 22,4 кH.
-подшипник 310 ГОСТ 8338-75 с параметрами:
d = 50 мм, D = 110 мм, В = 27 мм, Cr = 61,8 кH, Cor = 36 кH.
Для быстроходного вала
-подшипник 306 ГОСТ 8338-75 с параметрами:
d = 30 мм, D = 72 мм, В = 19 мм, Cr = 28,1 кH, Cor = 14.6 кH.
Для тихоходного вала
-подшипник 313 ГОСТ 8338-75 с параметрами:
d = 65 мм, D = 140 мм, В = 33 мм, Cr = 92,3 кH, Cor = 56 кH.
4.2 Расчет подшипников быстроходного вала
Рис.5 Расчетная схема быстроходного вала
Подшипники расчитываются на ресурс ([1], стр.115): t = 10000 час
Вращающий момент на быстроходном валу:
Tб = 53.8 Нм
Частота вращения быстроходного вала:
nб = 960 об/мин
Окружная и радиальная силы: (значения сил взяты из приложения 2)
Ftб = 1582.8 Н Frб = 587.1 Н
Консольная нагрузка( стр. 108):
Fм = 100 √Tб Fм = 733,48 Н
Определение реакций в опорах от сил в зацеплении:
lАВ = 90 мм lАС = 185 мм
Горизонтальная плоскость.
Рис.6 Расчетная схема быстроходного вала. Горизонтальная плоскость
∑М(А) = 0
Fr*0.045 – Fa*0.034 – FrB*0.09 = 0
FrB = (Fa*0.034 – Fr*0.045)/0.09
FrB = -176.38 H
∑М(B) = 0
-Fr*0.045 - Fa*0.034 + FrA*0.09 = 0
FrA = (Fa*0.034 + Fr*0.045)/0.09
FrA = 410.61 H
Вертикальная плоскость.
Рис.7 Расчетная схема быстроходного вала. Вертикальная плоскость
∑М(А) = 0
Ft*0.045 – FrB*0.09 = 0
FrB =Ft*0.045/0.09
FrB = 791.4 H
∑М(B) = 0
-Ft*0.045 + FrA*0.09 = 0
FrA = Ft*0.045/0.09
FrA = 791.4 H
Радиальные нагрузки, действующие на подшипники:
FrA = (FrAГ2 + FrAB2)1/2 = 891.58 H
FrB = (FrBГ2 + FrBB2)1/2 = 810.81 H
Плоскость с консольной нагрузкой.
Рис.8 Расчетная схема быстроходного вала. Плоскость с консольной нагрузкой
∑М(А) = 0
Fм*0.185 - FмB*0.09 = 0
FмB =Fм*0.185/0.09
FмB = 1506.7 H
∑М(B) = 0
Fм*0.095 + FмA*0.09 = 0
FмA = Fм*0.095/0.09
FмA = 773,3 H
Радиальные нагрузки, действующие на подшипники:
FrAmax = FrA + FмA = 1664,21 H
FrBmax = FrB + FмB = 2317,51 H
Осевые нагрузки, действующие на подшипники
Рис.9 Расчетная схема быстроходного вала. Осевые нагрузки
[1,стр.111]e = 0.28(f0Fa/C0r)0.23 = 1.04
Fa1min = 0.83 * 1.04 * 1664,21 = 1436.36 HFa2min = 0.83 * 1.04 * 2317,51 = 2000 H
Fa1 = Fa2 – 310.9
Fa1 ≥ 1436,36
Fa2 ≥ 2000
Fa1 = 1683,1 H
Fa2 = 2000 H
Расчет ведем по опоре В, т.к. она самая нагруженная:
Fa/(VFr) = 310.9/(1*587.1) = 0.53
Коэффициент вращения колеса равен 1, т.к. вращается внутренне кольцо относительно вектора радиальной силы V = 1.
e = 1.04 > 0.53, следовательно из рекомендаций, X = 1, Y = 0.
Тогда формула для эквивалентной радиальной динамической нагрузки
Pr = (XVFr + YFa)KБKT будет иметь вид:
Pr = VFrKБKT
Где V -коэффициент вращения кольца,
KБ - коэффициент безопасности, учитывающий погрешность в определении нагрузки и динамической работы механизма.
Коэффициент динамичности принимается с расчетом на то, что редуктор будет использоваться при умеренных толчках; вибрационной нагрузке; кратковременных перегрузках до 150% от номинальной нагрузки:
Kб = 1.4
КТ - температурный коэффициент, равный 1 при температуре, меньшей 100 С.
Тогда Pr = 2215,92 H
Расчетный скорректированный ресурс подшипника при вероятности безотказной работы 90%:
, гдеэквивалентная динамическая нагрузка,
- показатель степени, k = 3 для шариковых подшипников, - базовая динамическая грузоподъемность подшипника. - частота вращения кольца, мин-1, - коэффициент долговечности в функции необходимой надежности, равный 1 при вероятности 90%, - коэффициент, характеризующий совместное влияние на долговечность особых свойств металла деталей подшипника и условий его эксплуатации, равный 0,7 при обычном режиме работы.L10ah = 1*0.7*(33200/2215.92)3 * 106/60*960 = 0.12*106 часов, что больше заданного ресурса 105 часов работы.
Так как расчетный ресурс больше требуемого
, вероятность безотказной работы выше 90%.4.3 Расчет подшипников тихоходного вала
рис.10 Расчетная схема тихоходного вала
Подшипники расчитываются на ресурс ([1], стр.115): t = 10000 час
Вращающий момент на тихооходном валу:
Tб = 1553.1 Нм
Частота вращения быстроходного вала:
nб = 32.5 об/мин
Окружная и радиальная силы:
(значения сил взяты из приложения 2)
Ftт = 7805.1 Н Frт = 2876.8 Н
Консольная нагрузка( стр. 108):
Fм = 250 √Tт Fм = 9852.3 Н
Определение реакций в опорах от сил в зацеплении:
lАВ = 168 мм, lАС = 296 мм
Горизонтальная плоскость.
Рис.11 Расчетная схема тихоходного вала. Горизонтальная плоскость
∑М(А) = 0
Fr*0.084 – Fa*0.199 – FrB*0.168 = 0
FrB = (Fa*0.199 – Fr*0.084)/0.168
FrB = 45.51 H