Реферат: Основы конструирования: Проектирование привода общего назначения содержащего цепную передачу
изменения напряжения = 432,
e - масштабный фактор = 0.91,
b - коэффициент учитывающий упрочнение поверхности = 0.96,
KL - коэффициент долговечности = 1,
[s] - коэффициент безопасности = 3,
Ks - эффективный коэффициент концентрации напряжения = 1.7
[s-1] = 432 * 0.91 * 0.96 * 1 / ( 3 * 1.7 ) = 75 ,н/мм2
4.2.7. Определим диаметры вала в опасных сечениях под колесами Z1 и Z2.
d’ = Ö МЕ / 0.1 * [s-1] , мм
где МЕ - момент на валу = 115.3*103 н.
d’ = Ö 484.2 *103 / 0.1 * 74 = 48 мм ,
принимаем вал диаметром 50 мм.
4.2.8. Определим момент сопротивления сечения вала.
W = (p*d3 / 32) - b*t1*(d-t1)2 / 2d, мм3
где d - диаметр вала = 50 мм
b - ширина шпоночной канавки, мм
W = (p*503 / 32) - 12*5*(50-5)2 / 2*50 = 11056, мм3
4.2.9. Амплитуда номинальных напряжений изгиба при симметричном цикле
изменения напряжения изгиба.
sa = M / W = 688846.6 / 11056 = 62.3 , н/мм2
4.2.10. Коэффициент безопасности по сечению изгиба.
Ss = s-1 * KL / ( (Ks /b*es ) *sa + ys *sm) ,
где Ks - эффективный коэффициент концентрации напряжений = 2.15
b - коэффициент учитывающий обработку (шлифование) = 0.95
es - масштабный фактор = 0.84
sm - составляющая цикла изменения напряжений = 0
ys - коэффициент чувствительности материала = 0.12
Ss = 432 / ( (2.15 /0.95*0.84) * 62.3 + 0) = 2.5,
4.2.11. Коэффициент безопасности по кручению определяется по формуле:
Wp = (p*d3 / 16)- b*t1*(d-t1)2 / 2d, мм3
где d - диаметр вала = 50 мм
b - ширина шпоночной канавки, мм
Wp = (p*503 / 16)- 12 * 5 * (50-5)2 / 2*50 = 23328.6 , мм3
4.2.12. При непрерывном вращении вала напряжения кручения изменяются
по пульсирующему циклу, поэтому переменные составляющие (амплитуда) и
постоянные состовляющие (среднее напряжение) цикла определяем по фор-
муле:
tа = tm = tmax / 2 = 1/2 * T / Wp = 1/2 * 555600 / 23328.6 = 23 н/мм2
4.2.13. Определим коэффициент безопасности по кручению.
St = t-1 * KL / ( (Kt /b*et ) *ta + yt *tm) ,
где t-1 - предел выносливости по кручению = 255 н/мм2 ,
Kt - эффективный коэффициент концентрации напряжений = 2.05
b - коэффициент учитывающий обработку (шлифование) = 0.95
et - масштабный фактор = 0.84
yt - коэффициент чувствительности материала = 0.7
St = 255 / ( (2.05 /0.95*0.84 ) *23 + 0.07 * 8.12) = 4.27 ,
4.2.14. Общий коэффициент безопасности сосотавит:
S = Ss * St / Ö S2s + S2t = 2.5 * 4.27 / Ö 2.52 + 4.232 = 2.2
5. Расчет и подбор подшипников.
Так как осевая нагрузка незначительна, то выбираем радиальные шарикопод-
шипники ГОСТ 8338-57.
Требуемый коэффициент работоспособности определяем по формуле:
C = 0.2 * ( R*Kk+m*A ) Ks * ( wh )0.3 ,
где R = Rb - радиальная нагрузка;
A = Q1 - осевая нагрузка;
m = 1.5 - для радиальных подшипников;
Ks = 1.4 - динамический коэффициент;
Kk = 1.0 - коэффициент кольца;
h - желаемый срок службы.
Расчитаем подшипники на вал № I
C = 0.2 * ( 1606*1+1.5*0 ) 1.4 * ( 76*8000 )0.3 = 24438.
Выбираем подшипник 305 средней серии.
Расчитаем подшипники на вал № I I I
C = 0.2 * ( 6900*1+1.5*0 ) 1.4 * ( 76*8000 )0.3 = 51647.
Выбираем подшипник 309 средней серии.
Для шлицевого вала выбираем подшипник 307 средней серии.
Таблица размеров выбраных подшипников.
| Вал | Подшипник | D , мм | d , мм | B , мм | r x r |
| I | 305 | 62 | 25 | 17 | 2 x 2 |
| I I | 307 | 80 | 35 | 21 | 2.5 x 2.5 |
| I I I | 309 | 100 | 45 | 25 | 2.5 x 2.5 |
См. пункт 10.
6. Расчет шпоночных и шлицевых соединений.
6.1. Расчет шпонок.
По
СТ СЭВ 189-75
Для вала I , Æ 30, материал шестерни - сталь 40Х, материал шпонки сталь 45,
длина ступицы - 32 мм, передаваемый момент Т = 130000 н, выбираем по
СТ СЭВ 189-75 шпонку со следующими размерами :
| b | h | t1 | t2 | r |
| 8 | 7 | 4 | 3.3 |
0.08 ¸ 0.16 |
Характер нагрузки - сопкойная [sсм] = 150 н/мм2
6.2.1. Определяем рабочую длину шпонки.
Lp = T / (0.5 * d * k * [sсм] ) ,мм
где k - раблчая высота = 0.4 h ,мм
d - диаметр вала ,мм
Lp = 130000 / (0.5 * 30 * 0.4 * 7 * 150 ) = 20 ,мм
Общая длина шпонки.
L = Lp + b = 20 + 8 = 28 ,мм
Проверим шпонку на срез.
sсм = Т / 0.5*d*Lp*k = 130000 / 0.5*30*28*2.8 = 110
( sсм = 110 ) < ( [scv] =150 )
Принимаем: шпонка 8x7x28 СТ СЭВ 189-75
Для вала I I I, Æ 50, материал шестерни - сталь 40Х, материал шпонки сталь 45,
длина ступицы - 60 мм, передаваемый момент Т = 555000 н, выбираем по
СТ СЭВ 189-75 шпонку со следующими размерами :
| b | h | t1 | t2 | r |
| 12 | 8 | 4 | 3.5 |
0.16 ¸ 0.25 |
Характер нагрузки - сопкойная [sсм] = 150 н/мм2
6.2.2. Определяем рабочую длину шпонки.
Lp = 555000 / (0.5 * 50 * 0.4 * 8 * 150 ) = 46 ,мм
Общая длина шпонки.
L = Lp + b = 46 + 12 = 58 ,мм
Проверим шпонку на срез.
sсм = Т / 0.5*d*Lp*k = 555000 / 0.5*50*58*3.2 = 119.6
( sсм = 119.6 ) < ( [scv] =150 )
Принимаем: шпонка 12x8x58 СТ СЭВ 189-75
Для вала под штифт , Æ 42, материал шпонки сталь 45, передаваемый моме-
нт Т = 130000 н, выбираем по СТ СЭВ 189-75 шпонку со следующими разме-
рами :
| b | h | t1 | t2 | r |
| 12 | 8 | 5 | 3.3 | 0.25¸0.4 |
Характер нагрузки - сопкойная [sсм] = 150 н/мм2
6.2.3. Определяем рабочую длину шпонки.
Lp = 555000 / (0.5 * 42 * 0.4 * 8 * 150 ) = 55 ,мм
Общая длина шпонки.
L = Lp + b = 55 + 12 = 67 ,мм
Проверим шпонку на срез.
sсм = Т / 0.5*d*Lp*k = 555000 / 0.5* 42 * 67 * 3.2 = 123
( sсм = 123) < ( [scv] =150 )
Принимаем: шпонка 12x8x67 СТ СЭВ 189-75
Для вала под муфту , Æ28 , материал шпонки сталь 45, передаваемый моме-
нт Т = 130000 н, выбираем по СТ СЭВ 189-75 шпонку со следующими разме-
рами :
| b | h | t1 | t2 | r |
| 8 | 7 | 4 | 3.3 | 0.16¸0.25 |
Характер нагрузки - сопкойная [sсм] = 150 н/мм2
6.2.3. Определяем рабочую длину шпонки.
Lp = 130000 / (0.5 * 30 * 0.4 * 7 * 150 ) = 20 ,мм
Общая длина шпонки.
L = Lp + b = 20 + 8 = 28 ,мм
Проверим шпонку на срез.
sсм = Т / 0.5*d*Lp*k = 130000 / 0.5*30*28*2.8 = 110
( sсм = 110 ) < ( [scv] =150 )
Принимаем: шпонка 8x7x28 СТ СЭВ 189-75
6.3. Расчет шлицевого соединения.
Диаметр I I I-го вала = 40мм, размеры шлицевого вала: ZxdxD = 8x36x40 ,
легкая серия, суммарный статический момент площади рабочих поверхностей
соединения относительно оси вала SF = 182 мм3/мм. табл. 5.5 [2]
Средний диаметр dm :
dm = 0.5*(D+d) = 0.5*(36+40) = 38 ,мм
6.3.1. Определим среднее давление по формуле:
s = T / SF * l,
где l - длина блока,мм
s = 195700 / 182 * 144 = 7.8
6.3.2. Определим коэффициенты входящие в формулы:
Соотношение размеров:
l / D = 144 / 40 = 3.6
e = e / l + (0.5 / l) * tgb * cos aw ,
для прямозубых и цилиндрических колес b = 0 и aw = 20°.
e = 41 / 144 + (0.5 / 144) * 0.94 = 0.3
y = dm / (dw * cosaw) = 38 / 106*0.94 = 0.38
Находим по табл. 5.8 [2] для легкой серии Kкр = 1.8 и по рис. 5.12 [2] значе-
ние коэффициента концентрации напряжения Ке = 1.5, коэффициент продоль-
ной концентрации нагрузки определяется как:
Кпр = Ккп + Ке -1 = 1.8 + 1.5 -1 = 2.3
Коэффициетны неравномерности распределения нагрузки между зубьями по
табл. 5.7. [2]. Кз = 1.8, Кз’ = 1.4. Общиt коэффициенты концентрации нагру-
зок при Кп = 1 :
Ксм = Кз * Кпр * Кп = 1.8 * 2.3 * 1 = 4.14
Кизн = Кз’ * Кпр = 1.4 * 2.3 = 3.22
6.3.3. Определяем допускаемое среднее давление на смятие по формуле:
приняв sТ = 550 н/мм2 и S = 1.25 (с. 87 [2] )
[sсм] = sТ / (S * Ксм * КL) ,
[sсм] = 550 / (1.25 * 4.14 *0.43) = 247.16,
где коэффициент долговечности
КL = Кн * КN = 0.57 * 0.8 = 0.43
при Кн = 0.57 (табл. 5.9 [2]) и
КN = Ö60*Lh*n / No ,
где Lh - срок службы = 15*103 ч.
n - частота вращения = 484 об/мин
КN = Ö 60*15*103*484 / 108 = 0.8,
6.3.4. Соединение удовлетворяет условию прочности на смятие, так как
(s = 7.8) < ([sсм] = 247)
6.3.5. Определяем допускаемое среднее давление на износ.
[sизн] = [sусл] / (Кизн * КL * Кр ) н/мм2,
где [sусл] = 110 н/мм2 по табл. 5.6. [2]
Кр = Кс * Кос ,
где Кс = 1, коэффичиент смазки (при средней смазке)
Кос = 1.25, при нежестком закреплении ступицы на валу.
Кр = 1 * 1.25 = 1.25
[sусл] = 110 / (3.22 * 0.44 * 1.25) = 63 н/мм2
Соединение удовлетворяет прочности на износ так как
(s = 7.8) < ([sизн] = 63)
7. Подбор муфты.
По условию задана предохранительная муфта со срезным штифтом.
Муфты этой группы ограничивают передаваемый момент и предохраняют
части машин от поломок при перегрузках, превышающих расчетные. При ава-
рийной перегрузке штифт срезается, и привод выключается. Материал штифта
сталь 45 или пружинистая сталь; втулки из стали 45 или 45Х закаленные.
8. Смазка коробки скоростей.
В настоящее время в машиностроении для смазывания передач широко
применяют картерную систему. В корпус редуктора или коробки передач зали-
вается масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. При их вращении
масло увлекается зубьями, распыляется, попадает на внутренние стенки корпуса
откуда стекает в нижнюю его часть.
Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает
поверхность расположенных внутри корпуса деталей.
Картерную смазку применяют при окружной скорости зубчатых колес от 0.3
до 12.5 м/с. При более высоких скоростях масло сбрасывается с зубьев центро-
бежной силой и зацепление работает при недостаточной смазке. Кроме того,
заметно увеличиваются потери мощности на перемешивание масла и повышает
его температуру.
Выбор смазочного материала основан на величине окружной скорости.
В виду небольшой окружной скорости выбираем масло Индустриальное И-20
с кинематической вязкостью 17 ... 23 * 10-6 м2/с.
9. Описание конструкции коробки скоростей.
Вращающий момент от электродвигателя, через предохранительную муфту,
которой является муфта со срезным штифтом, подается на вал №1. На валу рас-
положены шестерни Z1 и Z2 причем Z2 больше по диаметру чем Z1. На промежу-
точный вал вращательный момент передается за счет перемещаемого блока ко-
лес Z3 , Z4.
Промежуточный вал является шлицевым, что позволяет перемещать блок
колес вдоль осевого направления, что и обеспечивает регулировку зацепле-
ния между одной из двух пар : шестерня - колесо. Тем самым изменяя передава-
емую угловую скорость.
Промежуточный вал так же имеет второй блок подвижных колес Z5 Z6 Z7
который, в свою очередь, регулирует зацепление с колесами на выходном валу
Z8 Z9 Z10 ,умножая тем самым две предыдущие возможные скорости еще на три
таким образом коробка скоростей обеспечивает диапазон из 6-ти скоростей и
соответствует формуле P x P = 2 x 3.
На выходной (ведомый) вал, вне коробки скоростей, посажена звездочка ко-
торая предает, с помощью цепной передачи, вращающий момент непосредстве-
нно на механический привод.
Валы посажены на радиальные шарико-подшипники. Имеющие возможность
в одном из посадочных отверстий перемещаться в осевом направлении, регули-
руя тепловое удлинение вала, а с другого торца жестко подпертых крышкой.
В местах выхода вала за пределы коробки скоростей поставлены резиновые
уплотнения, предотвращающие выход масла - с одной стороны, и проникнове-
ние грязи - с другой.
Валы I и I I I - выполнены укороченными, что понижает напряжения возника-
ющие при работе коробки скоростей.
Для обеспечения смазки механизмов, в корпусе коробки скоростей предусмо-
трено отверстие для заливки масла. А так же выполнен смотровой люк и отду-
шина обеспечивающая регулировку давления внутри коробки в процессе рабо-
ты.
10. Стандартизация. Описание ГОСТ 8338 - 75.
Подшипники шариковые радиальные однорядные ГОСТ
Основные размеры 8338 - 75 *
(СТ СЭВ 3795-82)
Single row radial ball bearings. Взамен
Boundary dimensions. ГОСТ 8338 - 57
ОКП 46 1200
Настоящий стандарт распростроняется на шариковые радиальные одно-
рядные подшипники. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3795-82
1. Основные размеры и масса подшипников должны соответствовать табли-
чным данным.
B B - Номинальная ширина подшипника, мм
r x 45° D - Номинальный наружный диаметр
4
фаски цилиндрической поверхности
наружного
кольца, мм
d - Номинальный диаметр отверстия
внутреннего кольца, мм
r - Номинальная координата монтажной
фаски, мм
Пример условного обозначения шарикового радиального подшипника обле-
гченной серии диаметров 1, серии ширин 0 с d = 50 мм, D = 80 мм и B = 16 мм
Подшипник 110 ГОСТ 8338-75
2. Технологические требования по ГОСТ 520 - 71
3. Технологические требования к посадочным местам вала и корпуса
по ГОСТ 3325-55
4. Величины статической (С0) и динамической (С) грузоподьемности
приведены в справочном приложении.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.
1. Ицкович Г.М. и др. Курсовое проектирование деталей машин.
-М.: Машиностроение, 1970.
2. Детали машин. Примеры и задачи. /Под общей редакцией С.Н.Ничипорчика
-М.: Вышэйшая школа, 1981.
3. Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.
-М.: Высшая школа, 1985.
4. Гузенков П.Г. Детали машин. -М.: Высшая школа, 1975.
