- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 452 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа - продольная сила,
- = 0,2 - см. стр. 164[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
- k/ = 3,102 - находим по таблице 8.7[1];
Тогда:
S = 335,4 / ((3,102 / 0,97) x 34,819 + 0,2 x 0) = 3,012.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S = -1 / ((k / (tx )) x v + tx m), где:
- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 176715,629 / 17892,352 = 4,938 МПа,
здесь
Wк нетто = x D3 / 16 =
3,142 x 453 / 16 = 17892,352 мм3
- t = 0.1 - см. стр. 166[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
- k/ = 2,202 - находим по таблице 8.7[1];
Тогда:
S = 194,532 / ((2,202 / 0,97) x 4,938 + 0,1 x 4,938) = 16,622.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = Sx S / (S2 + S2)1/2 = 3,012 x 16,622 / (3,0122 + 16,6222)1/2 = 2,964
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
3 - е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 50 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки. Ширина шпоночной канавки b = 14 мм, глубина шпоночной канавки t1 = 5,5 мм.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S = -1 / ((k / (x )) x v + x m) , где:
- амплитуда цикла нормальных напряжений:
v = Mизг. / Wнетто = 180669,841 / 10747,054 = 16,811 МПа,
здесь
Wнетто = x D3 / 32 - b x t1x (D - t1)2/ (2 x D) =
3,142 x 503 / 32 - 14 x 5,5 x (50 - 5,5)2/ (2 x 50) = 10747,054 мм3,
где b=14 мм - ширина шпоночного паза; t1=5,5 мм - глубина шпоночного паза;
- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 502 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа - продольная сила,
- = 0,2 - см. стр. 164[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
- k = 1,8 - находим по таблице 8.5[1];
- = 0,85 - находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S = 335,4 / ((1,8 / (0,85 x 0,97)) x 16,811 + 0,2 x 0) = 9,139.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S = -1 / ((k / (tx )) x v + tx m), где:
- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 176715,629 / 23018,9 = 3,838 МПа,
здесь
Wк нетто = x D3 / 16 - b x t1x (D - t1)2/ (2 x D) =
3,142 x 503 / 16 - 14 x 5,5 x (50 - 5,5)2/ (2 x 50) = 23018,9 мм3,
где b=14 мм - ширина шпоночного паза; t1=5,5 мм - глубина шпоночного паза;
- t = 0.1 - см. стр. 166[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
- k = 1,7 - находим по таблице 8.5[1];
- = 0,73 - находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S = 194,532 / ((1,7 / (0,73 x 0,97)) x 3,838 + 0,1 x 3,838) = 20,268.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = Sx S / (S2 + S2)1/2 = 9,139 x 20,268 / (9,1392 + 20,2682)1/2 = 8,331
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
Крутящий момент на валу Tкр. = 955266,557 Hxмм.
Для данного вала выбран материал: сталь 45. Для этого материала:
- предел прочности b = 780 МПа;
- предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба
-1 = 0,43 x b = 0,43 x 780 = 335,4 МПа;
- предел выносливости стали при симметричном цикле кручения
-1 = 0,58 x -1 = 0,58 x 335,4 = 194,532 МПа.
1 - е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 65 мм. Это сечение при передаче вращающего момента через муфту рассчитываем на кручение. Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S = -1 / ((k / (tx )) x v + tx m), где:
- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 955266,557 / 50662 = 9,428 МПа,
здесь
Wк нетто = x D3 / 16 - b x t1x (D - t1)2/ (2 x D) =
3,142 x 653 / 16 - 18 x 7 x (65 - 7)2/ (2 x 65) = 50662 мм3
где b=18 мм - ширина шпоночного паза; t1=7 мм - глубина шпоночного паза;
- t = 0.1 - см. стр. 166[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
- k = 1,7 - находим по таблице 8.5[1];
- = 0,7 - находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S = 194,532 / ((1,7 / (0,7 x 0,97)) x 9,428 + 0,1 x 9,428) = 7,925.
ГОСТ 16162-78 указывает на то, чтобы конструкция редукторов предусматривала возможность восприятия консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала. Величина этой нагрузки для редукторов должна быть 2,5 x Т1/2.
Приняв у ведущего вала длину посадочной части под муфту равной длине полумуфты l = 80 мм, получим Мизг. = 2,5 x Tкр1/2x l / 2 = 2,5 x 955266,5571/2x 80 / 2 = 97737,739 Нxмм.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S = -1 / ((k / (x )) x v + x m) , где:
- амплитуда цикла нормальных напряжений:
v = Mизг. / Wнетто = 97737,739 / 23700,754 = 14,846 МПа,
здесь
Wнетто = x D3 / 32 - b x t1x (D - t1)2/ (2 x D) =
3,142 x 653 / 32 - 18 x 7 x (65 - 7)2/ (2 x 65) = 23700,754 мм3,
где b=18 мм - ширина шпоночного паза; t1=7 мм - глубина шпоночного паза;
- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 652 / 4) = 0 МПа, где
Fa = 0 МПа - продольная сила в сечении,
- = 0,2 - см. стр. 164[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
- k = 1,8 - находим по таблице 8.5[1];
- = 0,82 - находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S = 335,4 / ((1,8 / (0,82 x 0,97)) x 14,846 + 0,2 x 0) = 9,983.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = Sx S / (S2 + S2)1/2 = 9,983 x 7,925 / (9,9832 + 7,9252)1/2 = 6,207
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
3 - е сечение.
Диаметр вала в данном сечении D = 75 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием двух шпоночных канавок. Ширина шпоночной канавки b = 20 мм, глубина шпоночной канавки t1 = 7,5 мм.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
S = -1 / ((k / (x )) x v + x m) , где:
- амплитуда цикла нормальных напряжений:
v = Mизг. / Wнетто = 159201,543 / 32304,981 = 4,928 МПа,
здесь
Wнетто = x D3 / 32 - b x t1x (D - t1)2/ D =
3,142 x 753 / 32 - 20 x 7,5 x (75 - 7,5)2/ 75 = 32304,981 мм3,
где b=20 мм - ширина шпоночного паза; t1=7,5 мм - глубина шпоночного паза;
- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:
m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 752 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа - продольная сила,
- = 0,2 - см. стр. 164[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];
- k = 1,8 - находим по таблице 8.5[1];
- = 0,76 - находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S = 335,4 / ((1,8 / (0,76 x 0,97)) x 4,928 + 0,2 x 0) = 27,874.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
S = -1 / ((k / (tx )) x v + tx m), где:
- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:
v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 955266,557 / 73722,463 = 6,479 МПа,
здесь
Wк нетто = x D3 / 16 - b x t1x (D - t1)2/ D =
3,142 x 753 / 16 - 20 x 7,5 x (75 - 7,5)2/ 75 = 73722,463 мм3,
где b=20 мм - ширина шпоночного паза; t1=7,5 мм - глубина шпоночного паза;
- t = 0.1 - см. стр. 166[1];
- = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].
- k = 1,7 - находим по таблице 8.5[1];
- = 0,65 - находим по таблице 8.8[1];
Тогда:
S = 194,532 / ((1,7 / (0,65 x 0,97)) x 6,479 + 0,1 x 6,479) = 10,738.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
S = Sx S / (S2 + S2)1/2 = 27,874 x 10,738 / (27,8742 + 10,7382)1/2 = 10,02
Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.
Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности А = 0,73 мм2 (здесь учитывалась также площадь днища, потому что конструкция опорных лап обеспечивает циркуляцию воздуха около днища).
По формуле 10.1[1] условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе:
t = tм - tв = Pтрx (1 - ) / (Ktx A) [t],
где Ртр = 8,899 кВт - требуемая мощность для работы привода; tм - температура масла; tв - температура воздуха.
Считаем, что обеспечивается нормальная циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплоотдачи Kt = 15 Вт/(м2xoC). Тогда:
t = 8899 x (1 - 0,899) / (15 x 0,73) = 82,082o > [t],
где [t] = 50oС - допускаемый перепад температур.
Для уменьшения t следует соответсвенно увеличить теплоотдающую поверхность корпуса редуктора пропорционально отношению:
t / [t] = 82,082 / 50 = 1,642, сделав корпус ребристым.
Смазывание элементов передач редуктора производится окунанием нижних элементов в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение элемента передачи примерно на 10-20 мм. Объём масляной ванны V определяется из расчёта 0,25 дм3 масла на 1 кВт передаваемой мощности:
V = 0,25 x 8,899 = 2,225 дм3.
По таблице 10.8[1] устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях H = 380,784 МПа и скорости v = 2,261 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 30 x 10-6 м/с2. По таблице 10.10[1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75*).
Выбираем для подшипников качения пластичную смазку УТ-1 по ГОСТ 1957-73 (см. табл. 9.14[1]). Камеры подшинпиков заполняются данной смазкой и периодически пополняются ей.
Посадки элементов передач на валы - Н7/р6, что по СТ СЭВ 144-75 соответствует легкопрессовой посадке.
Посадка муфты на выходной вал редуктора - Н8/h8.
Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.
Остальные посадки назначаем, пользуясь данными таблицы 8.11[1].
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии с чертежом общего вида редуктора, начиная с узлов валов.
На валы закладывают шпонки и напрессовывают элементы передач редуктора. Мазеудерживающие кольца и подшипники следует насаживать, предварительно нагрев в масле до 80-100 градусов по Цельсию, последовательно с элементами передач. Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу. После этого в подшипниковые камеры закладывают смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок, регулируют тепловой зазор. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышку винтами. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой, закрепляют крышку болтами. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.