Расчет валов редуктора

Расчет валов редуктора

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет

Определяется общий КПД двигателя:

, (1), с. 5

где

h₁ = 0,96 - коэффициент, учитывающий потери в ременной передаче;

h₂ = 0,99 - КПД, учитывающий потери подшипников качения;

h₃ =0,97 - КПД зубчатых колес,

h₄ = 0,95 - коэффициент, учитывающий потери в цепной передаче

Мощность на валу барабана:

, (1), с. 5

где F_д - окружная сила; F_д==11 кН;

V_д - скорость двигателя; V_д=2 м/с;

Требуемая мощность электродвигателя:

Принимается электродвигатель с мощностью 30 кВт с синхронной частотой вращения 1000 об/мин. Типоразмер 200L6. Процент скольжения - 2,1%.

Номинальная частота вращения электродвигателя:

Угловая скорость электродвигателя:

Угловая скорость барабана:

Частота вращения барабана:

Общее передаточное число привода:

Согласно рекомендациям (стр. 43, Шейнблит),  .

Определяется передаточное число редуктора:

Принимается передаточное число редуктора:

 (стр. 36, Чернилевский).

2. Расчет передач

Находится число циклов перемены напряжений для колеса (наработка за весь срок службы):

Где  - гловая скорость ведомого вала,

 - время работы передачи,

Где  - срок службы,

 - продолжительность смены,

 - одна смена,

 - коэффициент сменного использования (70% времени используется на работу, 30% - простои, ремонт).

Определяется число циклов перемены напряжений для шестерни:

Твердость шестерни - 63HRC,

Твердость колеса - 50 HRC (т. 3.3, Чернилевский).

Определяется число циклов перемены напряжений , соответствующее пределу выносливости:

Для длительно работающих передач:

, т.е. ,

тогда коэффициент долговечности:

.

, т.е. ,

.

Допускаемое контактное напряжение , соответствующее числу циклов перемены напряжений :

для шестерни:

для колеса:

Определяется допускаемое контактное напряжение:

для шестерни:

для колеса:

Где  - коэффициент безопасности (стр. 13, Чернилевский).

Среднее допускаемое напряжение для непрямых колес:

Определяется допускаемое напряжение изгиба, соответствующее числу циклов напряжений:

для шестерни:

 (таблица 8.9, Иванов).

Определяется допускаемое напряжение изгиба:

Где  - коэффициент безопасности,

,

.

Определяется межосевое расстояние:

Где  (таблица 3.1, Чернавский),

 - для косозубых передач,

.

Межосевое расстояние  принимается равным 160 мм (по ГОСТ 2185-66).

Определяется модуль зубьев:

Модуль принимается из стандартного ряда ГОСТ 9563-80:

.

Принимается произвольно угол наклона зубьев β=10^о. Определяется число зубьев шестерни и колеса:

Принимается , тогда

Уточняется значение угла наклона зубьев:

Тогда

Основные размеры шестерни и колеса:

Диаметры делительные:

шестерни:

колеса:

Проверка:

Диаметры вершин зубьев:

шестерни:

колеса:

Диаметры впадин зубьев:

шестерни:

- колеса:

Ширина колеса:

Ширина шестерни: . Принимается

Определяется коэффициент шестерни по диаметру:

Окружная скорость колес и степень точности передачи:

При такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности. (стр. 32, Чернавский).

Коэффициент нагрузки:

При , твердости НВ>350 и несимметричном расположении колес относительно опор с учетом изгиба ведомого вала от натяжения цепной передачи  (таблица 3.5, Чернавский).

По таблице 3.4 (Чернавский) при v=1.98 м/с и 8-ой степени точности  По таблице 3.6 (Чернавский) для косозубых колес при v ≤ 5 м/с

Таким образом,

Проверка контактных напряжений:

Силы, действующие в зацеплении:

окружная:

радиальная:

осевая:

Проверяются зубья на выносливость по напряжениям изгиба:

Здесь коэффициент нагрузки ,

Где  (таблица 3.7, Чернавский),  (таблица 3.8, Чернавский).

 - коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа зубьев :

- у колеса:

Тогда:

,

 (стр. 42, Чернавский).

Определяется допускаемое напряжение:

По таблице 3.9 (Чернавский) для стали 12ХН3А, при термической обработке - цементации, при твердости НВ>350 950 МПа,

,  (таблица 3.9, Чернавский),  (для поковок и штамповок). Следовательно, .

Допускаемые напряжения:

на шестерни:

Находятся отношения :

для шестерни:

для колеса:

Дальнейший расчет следует вести для зубьев колеса, для которого найденное отношение меньше.

Определяются коэффициенты  и :

Где  - коэффициент торцевого перекрытия,

n - степень точности, n=8.

Проверяется прочность зуба шестерни по формуле:

Условие прочности выполняется.

3. Предварительный расчет валов редуктора

Предварительный расчет проводится на кручение по пониженным допускаемым напряжениям:

Ведущий вал:

Пониженное значение допускаемого напряжения для стали 12ХН3А рассчитывается по формуле:

Где  - среднее значение прочности стали 12ХН3А при цементации. (Глухих В.Н., стр. 13).

.

Диаметр выходного конца:

Принимается

где Т₂=374,55·10³Нмм

Принимается меньшее значение из стандартного ряда .

Диаметр вала под подшипниками dп₁=50 мм.

Рисунок 2. Конструкция ведущего вала

Ведомый вал:

Учитывая влияние изгиба вала от натяжения цепи, принимается

Диаметр выходного вала:

Принимается меньшее значение из стандартного ряда

Диаметр вала под подшипниками dп₂=80 мм, диаметр под колесом dк=85 мм.

Рисунок 3. Конструкция ведомого вала

4. Конструктивные размеры шестерни и колеса

Шестерня выполняется за одно целое с валом. Ее размеры определены выше:

,

,

.

Колесо кованое:

,

,

.

Диаметр ступицы: .

Длина ступицы: .

Принимается

Толщина обода колеса: ) мм.

Принимается .

Толщина диска С=0,3·b₂=0,3·64=19,2 мм.

5. Конструктивные размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышки:

Принимается

Принимается

Толщина фланцев поясов и крышки:

верхнего пояса корпуса:

пояса крышки:

нижнего пояса корпуса:

Принимается

Диаметр болтов:

фундаментных:

Принимаются болты с резьбой М20.

крепящих крышку к корпусу у подшипников:

Принимаются болты с резьбой М16.

соединяющих крышку с корпусом:

Принимаются болты с резьбой М12.

. Расчет клиноременной передачи

Мощность электродвигателя Р=25,6 кВт

Номинальная частота вращения электродвигателя:

Вращающий момент на валу двигателя: Т₁=249,7·10³ Нмм.

Согласно номограмме рис. 7.3 (1), с. 134, выбирается для клиноременного ремня сечение В.

Диаметр меньшего шкива:

Согласно ГОСТ 1284.3-80 принимается  (Анурьев, стр. 507, Том 2).

Диаметр большего шкива:

Согласно ГОСТ 1284.3 - 80 принимается  =355 мм.

Уточняется передаточное отношение:

При этом угловая скорость вала II будет:

Процент ошибки:

Следовательно, принимаются окончательные значения диаметров шкивов:

,

.

Межосевое расстояние a_р принимается в интервале:

где  - высота сечения ремня.

Принимается предварительно близкое значение a_р=600 мм.

Расчетная длина ремня:

Уточненное значение межосевого расстояния a_р с учетом стандартной длины ремня:

где ,

.

При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01L=0,01·2240=22,4 мм для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0,025L=0,025·2240=56 мм для увеличения натяжения ремней.

Угол обхвата меньшего шкива:

Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации передачи:

для привода к ленточному конвейеру при работе в 3 смены:1,4.

Коэффициент, учитывающий влияние длины ремня:

для ремня сечения В при длине 2240 мм

Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата:

Коэффициент, учитывающий число ремней в передаче: предполагая, что число ремней в передаче будет от 4 до 6, коэффициент C_z=0,90.

Число ремней в передаче, необходимых для передачи заданной мощности 25,6 кВт:

Где  - мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, кВт.

Для ремня сечения В при длине L=2240 мм, работе на шкиве  и  мощность 8 кВт (ГОСТ 1284.3-96).

Число ремней:

Натяжение ветви клинового ремня:

Где ,

 - коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил. Для ремня сечения В

Давление на валы:

Ширина шкивов:

где (табл. 7.12, Чернавский).

7. Расчет параметров цепной передачи

Выбирается приводная роликовая однорядная цепь.

Вращающий момент на ведущей звездочке:

Передаточное число:

Число зубьев ведущей звездочки:

Число зубьев ведомой звездочки:

Тогда фактическое передаточное отношение:

Отклонение:

Расчетный коэффициент нагрузки:

Где  - динамический коэффициент при спокойной нагрузке (передача к ленточному конвейеру),

 - учитывает влияние межосевого расстояния,

 - учитывает влияние угла наклона линии центров,

 - при периодическом регулировании натяжения цепи,

 - при непрерывной смазке,

 - учитывает продолжительность работы в сутки.

Так как ведущая звездочка имеет частоту вращения:

То среднее значение допускаемого давления при  составит , где .

Коэффициент  принимается в том случае, когда число зубьев ведущей звездочки отлично от 17.

Тогда .

Шаг однорядной цепи (m=1 - число рядов цепи):

Подбирается по таблице 7.15 (Чернавский) цепь ПР 44,45-172,4, по ГОСТ 13568-75 имеющая шаг t=44,45 мм и разрушающую нагрузку Q=172,4 кН, массу q=7,5 кг/м, проекцию опорной поверхности шарнира А_оп=473 мм².

Скорость цепи:

Окружная сила:

Давление в шарнире:

Определяется число звеньев цепи:

где ,

,

.

Тогда:

Уточняется межосевое расстояние цепной передачи:

Для свободного провисания цепи предусматривается возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,4%, т.е. 1330·0,004=5,32 мм.

Определяются диаметры делительных окружностей звездочек:

Определяются диаметры наружных окружностей звездочек:

,

Где  - диаметр ролика цепи.

Силы, действующие на цепь:

окружная:

от центробежных сил:

от провисания:

Расчетная нагрузка на валы:

Коэффициент запаса прочности цепи:

Это больше, чем нормативный коэффициент [s]7,6, следовательно, условие s[s] выполняется.

Размеры ведущей звездочки:

диаметр ступицы звездочки:

длина ступицы:

Принимается

толщина диска звездочки:

где  - расстояние между пластинками внутреннего звена.

Размеры ведомой звездочки:

Диаметр вала IV:

диаметр ступицы звездочки:

длина ступицы:

Принимается

толщина диска звездочки:

8. Первый этап компоновки редуктора

Способ смазывания:

зацепление зубчатой пары - окунанием зубчатого колеса в масло;

для подшипников - разбрызгивание масла.

- Ведущий вал: