Уточненный расчет валов цилиндрического редуктора

Ведущий вал:

 

 

Решение:

соответственно радиальная и тангенциальная силы быстроходной передачи. Эти силы действуют на шестерню;

1,2,3 – номера характерных сечений.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости (XOZ):

 

 

Изгибающий момент в вертикальной плоскости (YOZ):

 

 

Суммарные изгибающие моменты:

Моменты на опорах:

 

 

Момент в плоскости симметрии шестерни:

 

 

Эквивалентные моменты:

Из энергокинематического расчета:

 

 

Момент в плоскости шестерни:

Момент на выходном валу, где крепиться упругая муфта:

 

 

Расчет коэффициента запаса прочности на ведущем валу:

1. На участке вала, где закреплена упругая муфта (действует только крутящий момент):

на выходном участке крепления муфты.

В начале определим механические параметры Стали 45 в данных динамических условиях нагружения:

- при изгибе:

 

 

- предел выносливости в условиях касательных напряжений:

 

 

Определим момент сопротивления крушению в рассматриваемом сечении для крепления муфты:

 

 

где

 

Коэффициент запаса прочности при крушении, т.е. при действии только касательных напряжений:

 

 

В проектных расчетах:

Условие прочности в опасном участке выполняется, т.к.

 

2. На участке вала, где закреплена шестерня быстроходной передачи:

на выходном участке крепления муфты.

В начале определим механические параметры Стали 45 в данных динамических условиях нагружения:

- при изгибе:

 

 

- предел выносливости в условиях касательных напряжений:

 

 

Определим момент сопротивления крушению в рассматриваемом сечении для крепления муфты:

 

 

где

 

Момент сопротивления изгибу:

 

 

Амплитуда и среднее значение циклы касательных напряжений:

 

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

 

В случае цилиндрической прямозубой передачи коэффициента запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле:

 

 

где

 

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

 

 

Коэффициент прочности рассчитывается по следующей формуле:

 

В проектных расчетах:

Условие прочности в опасном участке выполняется, т.к.

 

 

Промежуточный вал:

 

 

Решение:

соответственно радиальная и тангенциальная силы быстроходной и тихоходной передач. Эти силы действуют на шестерню;

1,2,3,4 – номера характерных сечений.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости (XOZ):

 

 

Изгибающий момент в вертикальной плоскости (YOZ):

 

 

Суммарные изгибающие моменты:

Моменты на опорах:

 

 

Момент в плоскости симметрии колеса:

 

 

Момент в плоскости симметрии шестерни:

 

 

Эквивалентные моменты:

Из энергокинематического расчета:

 

 

Момент в плоскости колеса:

Момент в плоскости шестерни:

 

Расчет коэффициента запаса прочности на промежуточном валу:

1. На участке вала, где закреплено зубчатое колесо быстроходной передачи:

на выходном участке крепления муфты.

В начале определим механические параметры Стали 45 в данных динамических условиях нагружения:

- при изгибе:

 

 

- предел выносливости в условиях касательных напряжений:

 

 

Определим момент сопротивления крушению в рассматриваемом сечении для крепления муфты:

 

 

где

 

Момент сопротивления изгибу:

 

 

Амплитуда и среднее значение циклы касательных напряжений:

 

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

 

В случае цилиндрической прямозубой передачи коэффициента запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле:

 

 

где

 

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

 

 

Коэффициент прочности рассчитывается по следующей формуле:

 

В проектных расчетах:

Условие прочности в опасном участке yt выполняется, т.к.

 

Требуется увеличение диаметра вала в месте крепления зубчатого колеса быстроходной передачи для выполнения условия коэффициента запаса прочности.

 

2. На участке вала, где закреплена шестерня тихоходной передачи:

на выходном участке крепления муфты.

В начале определим механические параметры Стали 45 в данных динамических условиях нагружения:

- при изгибе:

 

 

- предел выносливости в условиях касательных напряжений:

 

 

Определим момент сопротивления крушению в рассматриваемом сечении для крепления муфты:

 

 

где

 

Момент сопротивления изгибу:

 

 

Амплитуда и среднее значение циклы касательных напряжений:

 

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

 

В случае цилиндрической прямозубой передачи коэффициента запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле:

 

 

где

 

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

 

 

Коэффициент прочности рассчитывается по следующей формуле:

 

В проектных расчетах:

Условие прочности в опасном участке выполняется, т.к.

 

 

Ведомый вал:

 

Решение:

соответственно радиальная и тангенциальная силы и тихоходной и нагрузка цепной передачи на вал и подшипники. Эти силы действуют на колесо;

1,2,3,4 – номера характерных сечений.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости (XOZ):

 

 

Изгибающий момент в вертикальной плоскости (YOZ):

 

 

Суммарные изгибающие моменты:

Моменты на опорах:

 

 

Момент в плоскости симметрии зубчатого колеса тихоходной передачи:

 

 

Момент в плоскости симметрии звездочки цепной передачи:

 

 

где (из раздела ’’Компоновка редуктора’’)

 

 

Эквивалентные моменты:

Из энергокинематического расчета:

 

 

Момент в плоскости колеса:

Момент в плоскости звездочки:

 

Расчет коэффициента запаса прочности на ведомом:

1. На участке вала, где закреплено зубчатое колесо тихоходной передачи:

на выходном участке крепления муфты.

В начале определим механические параметры Стали 45 в данных динамических условиях нагружения:

- при изгибе:

 

 

- предел выносливости в условиях касательных напряжений:

 

 

Определим момент сопротивления крушению в рассматриваемом сечении для крепления муфты:

 

 

где

 

Момент сопротивления изгибу:

 

 

Амплитуда и среднее значение циклы касательных напряжений:

 

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

 

В случае цилиндрической прямозубой передачи коэффициента запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле:

 

 

где

 

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

 

 

Коэффициент прочности рассчитывается по следующей формуле:

 

В проектных расчетах:

Условие прочности в опасном участке выполняется, т.к.

 

2. На участке вала, где закреплена звездочка цепной передачи:

на выходном участке крепления муфты.

В начале определим механические параметры Стали 45 в данных динамических условиях нагружения:

- при изгибе:

 

 

- предел выносливости в условиях касательных напряжений:

 

 

Определим момент сопротивления крушению в рассматриваемом сечении для крепления муфты:

 

 

где

 

Момент сопротивления изгибу:

 

 

Амплитуда и среднее значение циклы касательных напряжений:

 

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

 

В случае цилиндрической прямозубой передачи коэффициента запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле:

 

 

где

 

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

 

Коэффициент прочности рассчитывается по следующей формуле:

 

В проектных расчетах:

Условие прочности в опасном участке выполняется, т.к.

 

 

Заключение

 

В соответствии с техническим заданием рассчитан и спроектирован привод к цепному напольному конвейеру для транспортировки опок в литейном цехе. Параметры исполнительного механизма на его входном валу: частота вращения 1432 об/мин; мощность 5,5 кВт.

На первом этапе проектирования были определены кинематические параметры. Это передаточные числа двух зубчатых закрытых и открытой цепной передач, вращающие моменты на валу электродвигателя, на быстроходном, промежуточном и тихоходном валах редуктора. Определены частоты вращения всех валов и количество циклов нагружения в течение срока эксплуатации.

На втором этапе проектирования выполнен силовой расчет передач, в результате которого определены материалы для изготовления зубчатых колес и валов редуктора, геометрические параметры этих изделий исходя из уровня напряжений, действующих в рабочих зонах передач. При этом расчет проведен с соблюдением условий прочности. Так в быстроходной передаче редуктора действующие контактные напряжения МПа, допускаемые контактные напряжения МПа; действующие напряжения изгиба 38,85 МПа, допускаемые напряжения изгиба [σ_F1] = 250,57 МПа. В тихоходной передаче редуктора действующие контактные напряжения

МПа, допускаемые контактные напряжения МПа; действующие напряжения изгиба 108,95 МПа, допускаемые напряжения изгиба [σ_F2] = 250,57 МПа. В результате были получены исходные данные для последующего расчета геометрических параметров всех валов и шпоночных соединений для крепления зубчатых колес редуктора и звездочки на выходном участке его тихоходного вала.

На третьем этапе выполнена компоновка зубчатого двухступенчатого соосного редуктора с учетом расчетных значений межосевых расстояний, параметров подшипников, диаметров валов, размеров корпуса и крышки редуктора. В процессе компоновки определены длины пролетов валов и реакции подшипниковых опор. Эти данные послужили основой для проверочного расчета прочности валов в опасных сечениях. В результате установлены запасы прочности: для быстроходного вала под ступицей шестерни S = 10,44; для промежуточного вала под ступицей шестерни S = 2,6; для тихоходного вала под ступицей зубчатого колеса S = 12,55.

Полученные расчетные результаты реализованы при разработке комплекта конструкторской документации: сборочного чертежа зубчатого двухступенчатого соосного редуктора и чертежей деталей: зубчатого колеса тихоходной передачи и промежуточного вала-шестерни.

Работа над курсовой работой будет способствовать применению полученных знаний и навыков на практике.