Привод к ленточному конвейру

d_П2 = d_В2 + 5  = 60 + 5 = 65 мм

Определяю диаметр вала в месте посадки  колеса

d_п = d_П2 +10 = 65 +10 = 75 мм

Определяю диаметр ступицы червячного колеса

 d_сm2 = ( 1,6 ÷ 1,8) х d_П = ( 1,6 ÷ 1,8) х 75 = (120 ÷135) мм

Принимаю d_сm2 = 120 мм

Определяю длину  ступицы червячного колеса

ℓ_сm = ( 1,2 ÷ 1,8) х d_П = ( 1,2 ÷ 1,8) х 75 = (90 ÷ 135) мм

Принимаю  ℓ_сm= 110 мм

Предварительно  принимаю для червяка шарикоподшипники радиальные тяжелой серии по ГОСТ 8338 – 75 (№407), dп1 =35, D =100, b = 25, C = 42,8 кН, С₀ =31,3 кН.

Подшипники  под колесо принимаю роликовые конические легкой широкой серии №7512, dп2 = 65 мм, D =10, b = 28, C = 24,0 кН.

        

 

 

                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Определение конструктивных

       размеров корпуса редуктора.

Определяю толщину стенок корпуса и крышки

δ = 0,04 х а_ω + 2 =  0,04 х 200 + 2 = 10 мм

δ = 0,032 х а_ω+ 2 = 0,032х 200 + 2 = 8,4 мм

Определяю толщину фланцев

b₁ = b₂ = 1,5 х δ =1,5 х 10 = 15 мм

Определяю толщину нижнего пояса корпуса  при наличии бобышек

P₁ = 1,5 х δ = 1,5 х 10 =15 мм

P₂ = (2,25 ÷ 2,75) х δ = (2,25 ÷ 2,75) х 10 = (22,5 ÷ 27,5) м

Принимаю P₂ = 25

Определяю диаметры болтов фундаментных

d₁ = ( 0,03 ÷ 0,036) х а_ω + 12 = ( 0,03 ÷ 0,036) х 200 + 12 = 18,6 м

Принимаю  болты  с резьбой М20,

 крепящие крышку

d₂ = ( 0,7 – 0,75) х d₁ = ( 0,7 – 0,75) х 20,25 = 14  ÷ 15 мм

Принимаю d₂ = 16 мм по ГОСТу.

                                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Конструктивные размеры червяка и червячного колеса.

 

Червяк

d1 = 80 мм, dа1 = 100 мм, df1 = 56 мм, dп1 =35мм, b1 = 189мм,               l1 = 335 мм.

Червячное колесо

d2 = 320 мм, dа2 = 340 мм, df2 = 296мм, d_П2 = 65 мм, b₂ =75 мм,

d_сm2 =120 мм, ℓ_сm2 =110мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6. Первый  этап эскизной компоновки.

Компоновочный чертеж выполняем в двух проекциях  -  разрез по оси колеса и разрез по оси червяка. В масштабе 1:1.

Вычерчиваем на двух проекциях червяк и червячное колесо. Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса принимая зазор между стенкой и ступицей червячного колеса ~ 15 мм. Вычерчиваем подшипники червяка, располагая их симметрично относительно среднего сечения червяка.

Также симметрично располагаем подшипники вала червячного колеса.

Для соединения ведомого вала с валом  ленточного конвейера принимаю втулочно-пальцевую муфту, по ГОСТ 21424 – 74. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.7. Проверка  подшипников на долговечность.

Усилия  в червячном зацеплении.

Окружное  усилие на червячном колесе, равное осевому усилию:

Р2 = Ра1 = 2 х М2/d2 = 2 х 2174 х10³/ 320 = 13587 Н

Окружное  усилие на червяке, равное осевому усилию на колесе

Р1 = Ра2 = 2 х М1/d1 = 2 х 142 х10³/180 = 1577 Н

Радиальные  усилия на колесе и червяке 

Рr2 = Pr1 = P2tgα

где – α = 20ْ  - угол профиля витка

Рr2 = Pr1 = 13587 х 0,3639 = 4944 Н.

Быстроходный  вал

Т.к. для червячного редуктора отсутствуют  специальные требования, то значит, что червяк должен иметь правое направление витков.

Направление всех сил в червячном зацеплении изображено в двух плоскостях: вертикальной yz и горизонтальной xz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вертикальная  плоскость

1. ∑М₁ = 0

-Р1 х 173 + Ра1 х d1/2 +Ry2 = 0

R_y2 = P1 х 173 – Ра1 х d1/2/346 = 1577 х 173 – 13587 х 40/346 = -782 Н

2. ∑М₂ = 0

-R_y1  х 346 + Р₁ х 173 + Р_a1 х d₁ /2 = 0

-R_y1 = -Р1 х 173 - Ра1 х d1/2/346 = -272821 - 543480/346 = -2359 Н

R_y1 = 2359 Н

3. Проверка

R_y1 - Р1 + R_y2 = 0

2359 - 1577 +(-782) = 0

МА = R_y1 х 173 = 2359 х 173 = 408107 Нмм

Горизонтальная  плоскость

1. ∑М₁ = 0

Ғв х 157 – Рt х 173 + Rx2 х 346 = 0

Rx2 = -Ғв х 157 + Рt х 173/346 = -1471 х 157 +1577 х 173/346 = -121 Н

2. ∑М₂ = 0

-Ғв х 503 – Rx1 х 346 + Рt х 173 = 0

-Rx1 = -Ғв х 503 - Рt х 173/346 =-1471 х 503 +1577 х 173/346 = -2927 Н

Rx1 = 2927 Н

3. Проверка

-Ғв + Rx1 - Рt + Rx2 = 0

-1471 + 2927 – 1577 + 121 = 0

4. М1 = -Ғв х 157 = -1471 х 157 = -230947 Нмм

МА = -Ғв х 330 + Rx1 х 173 = 20941 Нмм

Определяю суммарные реакции

R₁ = √ R_x1² + R_y1² = √2927² + 2359² = 3579 H

R₂ = √ R_x2² + R_y2² = √121² + 782² = 791

Дальнейший  расчет ведем по наиболее нагруженному подшипнику

 R₁ = 3579 H

Эквивалентная радиальная нагрузка

R_э = ( X х R₁ х v + Y х R_a1 ) х K_δ х К_т

где Х = 0.4 – коэффициент радиальной нагрузки

v =1 – коэффициент, учитывающий вращение колец

Y =1.28 – коэффициент осевой нагрузки

K_δ =1 – температурный коэффициент

К_т =1 – коэффициент безопасности

Тогда

R_э = (0.4 х 3579 х 1 + 1.28 х 13587) х 1 х 1 = 18822 H

Базовая долговечность

L = ( С/ R_э)³ = (42,8 х 10³/18822)³ = 121 млн. об

L_h = L х 10⁶/60 х n1ред = 121 х 10⁶/60 х 485 = 67222 часа

Подшипник годен.

Тихоходный  вал

Направление всех сил в червячном зацеплении изображено в двух плоскостях: вертикальной yz и горизонтальной xz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вертикальная  плоскость

1. ∑M₃ = 0

Ра2 х d₂/2 –Р2 х 49 - R_y4 х 98 = 0

-R_y4 = -Ра2 х d₂/2 + Р2 х 49/98 = -252320 + 665763/98 = 4219 Н

R_y4 = -4219 H

2. ∑M₄ = 0

-R_y3  = -Р_a2 х d₂/2 – Р₂ х 49/98 = -252320 - 665763/98 = -9368 Н

R_y3 = 9368 H

3. Проверка

-R_y3 + Р2 + Рy4 = 0

-9368 + 13587 + (-4219) = 0

МА = -Ry3 х 49 = -9368 х 49 = -459032 Нмм

Горизонтальная  плоскость

Ввиду того, что опоры расположены симметрично относительно зацепления  R_x3 = R_x4

R_x3 = R_x4 = Рt/2 = 13587/2 = 6794 H

Проверка

-R_x3 + Рt - R_x4  = 0

-6794 + 13587 – 6794 = 0

МА = -R_x3 х 49 = -6794 х 49 = -332906 Нмм

Определяю суммарные реакции

R₃ = √R_x3² + R_y3² = √6794² +9368² = 3659 H

R₄ = √R_x4² +R_y4² = √6794² +4219² = 7997 H

Дальнейший  расчет ведем по наиболее нагруженному подшипнику

 R₄ = 7997 H

Определяю эквивалентную радиальную нагрузку

R_э = (Х х R₄ х V + Y х R_a2) х K_δ х K_T = (0.40 х 7997 х 1 + 1.710 х 1577) х 1 х 1 = 5895 H

Определяю расчетную долговечность

L = (С/P_э)³ = (24,0/5895)³ = 64 млн.об

Определяю расчетную долговечность, в часах

L_h = L х 10⁶/60 х n_1ред = 64 х 10⁶/60 х 485  = 219931 часа

Подшипник годен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.8. Второй  этап компоновки редуктора.

Используем  чертежи первого этапа эскизной компоновки. Второй этап имеет цель конструктивно оформить основные детали – червячный вал, вал червячного колеса, червячное колесо, корпус, подшипниковые узлы и др.

На валу червяка  устанавливаем крыльчатки; при работе редуктора они будут разбрызгивать масло и забрасывать его на колесо и в подшипники. Также устанавливаем резиновые манжеты, которые будут обеспечивать уплотнение валов. В крышке люка размещаем отдушину. В нижней части корпуса вычерчиваем пробку для спуска масла, а также жезловый маслоуказатель для возможности контроля уровня масла во время работы червячного редуктора. Конструируем стенку корпуса и крышки, крюки для подъема.

Вычерчиваем шпонки: на выходном конце вала червяка b х h х l =   8 х 7 х 90 мм, на выходном конце вала червячного колеса b х h х l = 16 х 10 х 70 мм и под червячным колесом b х h х l = 20 х 12 х 90 мм.

Принимаю  материал для шпонок – Сталь 45, [σ]см = 110÷190 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  2.9. Тепловой расчет

Для проектируемого редуктора площадь  теплоотводящей поверхности F ≈ 0,53 м³ (без учета бобышек и выступов).

Условия работы редуктора без перегрева при продолжительной работе, определяется следующим образом:

∆t = N4 х (1 - η)/kt х F ≤ [∆t]

где  – kt  =17 Вт/м²с

        – N4 - требуемая для работы мощность на червяке

           N4 = М2 х ω2ред/η = 2174 х 3,15/0,97 = 7060 Вт

        – [∆t] = 60˚С - допускаемый перепад температур при нижнем                                                 расположении червяка.

Тогда

∆t = 7060 х (1 – 0,97)/17 х 0,53 = 211,8/9,01 = 24˚< 60˚.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.10. Проверка прочности шпоночных  соединений

Быстроходный вал

Проверка прочности соединения, передающего вращающий момент от ведомого шкива ременной передачи к червяку – призматической шпонки.

Шпонка  имеет следующие параметры

d_b = 25 мм     b х h = 8 х 7 мм    t₁ =4 мм    l = 90 мм   t₂ = 3,3 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

Осуществляю проверку шпонки на смятие σсм ≤ [σ]см

σсм = 2 х M_2рем /d_b х(h – t₁) х (l - b) = 2 х 142 х 10³/25 х (7 – 4) х(90 - 8)= = 46 H/мм²  

46 H/мм² < 110 H/мм²  

Условие проверки выполняется, значит, выбранная  шпонка подходит для крепления шкива  на ведущем валу червяка.

Тихоходный  вал

Проверка  призматической шпонки, передающей вращающий  момент от тихоходного вала к червячному колесу (разрез А - А)

Она имеет габариты:

d_В = 70 мм     b х h = 20 х 12  мм     t₁ = 7,5 мм   t₂ = 4,9 мм   l = 90 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σсм = 2 х 2174 х 10³/70 х (12 – 7,5) х (90 - 20) = 187 H/мм²    

187 H/мм² < 190 H/мм²  

Данная  шпонка подходит для передачи требуемого момента.

Осуществляю проверку шпонки под муфтой (разрез Б - Б)

Принимаю  шпонку по d_b = 55 мм, с параметрами:

b х h = 16 х 10мм    t₁ = 6 мм   l = 70 мм    t₂ = 4,3 мм

σсм = 2 х 2174 х 10³/55 х 4 х 54) х 95 = 165 H/мм² 

165 H/мм² < 190 H/мм²  

Условие выполняется, шпонка с заданными  параметрами подходит.

 

 

 

                                                   

 

 

2.11. Уточненный расчет валов.

Ведущий вал

Материал  вала – Сталь 45      σ_в = 570 Н/мм²

Проверим  стрелу прогиба червяка (расчет на жесткость).

Приведенный момент инерции поперечного сечения  червяка.

Jпр = (π х d х f1 /64) х (0,375 + 0,625 х d_α1 /df1) = (3,14 х 56 ) х

Х (0,375 + 0,625 х 100/56) ≈ 72 х 10  мм

Стрела  прогиба

f = L1³ х  Р1² + Рr1²/48 х Е х Jпр,

где Е = 2 х 10  - модуль упругости для  стали

тогда f = 173³ х 1577² + 4944²/48 х 2 х10 х 72 х 10 = 0,039 мм

Допускаемый прогиб

[ f ] = (0,005 ÷ 0,01) х т = (0,005 ÷ 0,01) х 10 = 0,05 ÷ 0,1 мм

0,039 мм < 0,05 ÷ 0,1 мм

Условие выполняется, жесткость вала обеспечена.

Ведомый вал

Материал  вала – Сталь 45, нормализированная σ_в = 78 Н/мм²

Определяем расчетные коэффициенты запаса прочности n и сравниваем с допускаемым значением [n] = 1,1…2,5.

n = nσ х nح/  nσ² + nح² ≥ [n]

где nσ и nح – коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям. Определятся по формулам:

nσ = σ-1 / { [кσD/кd х кv ]σа + φσ х σт };

nح = ح-1/ { [кحD/кd х кv ] حа + φح х حт },

где  – кσD и кحD – эффективные коэффициенты концентраций напряжений, которые равны:

кσD = кσ + кF - 1 = 2,15 + 1,15 - 1 = 2,3

кحD = кح + кF - 1 = 2,05 + 1,15 - 1 = 2,2

где – кF = 1,15 - коэффициент влияния шероховатости,

       – кd = 0,65 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения,

       – φσ  = 0,1;  φح = 0,05 – коэффициенты чувствительности к ассиметрии цикла напряжений.

При расчете принимаем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному  циклу:

σа  = σтах; σт = 0, а касательные напряжения по отнулевому циклу: حа  = حтах/2 = حт

где - σтах = Мн/Wос;

где Мн =  132,1² + 366,5² = 389,2 Нм

Wос – осевое сопротивление, которое равно

Wос = 0,1 х d³ - b х t х (d - t)²/2 х d = 0,1 х 70³ х (20 х 7,5 х (70 – 7,5)²)/

2 х  70 = 30115 мм³

σтах = 389,2 х 10³/30115 = 12,9 МПа

- حтах  = Мн/Wр,

где Wр = 0,2 х d³ - b х t х (d - t)²/2 х d = 0,2  х 70³ х (20 х 7,5 х (70 –                      7,5)²)/ 2 х 70 = 64415 мм³

Тогда

حтах  = 389,2 х 10³/64415 = 6,04 МПа

из  чего следует, что

σа  = σтах = 12,9 МПа

حа  = حтах/2 = 6,04/2 = 3,02

- кv =1,4 – коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

Тогда, из выше сказанного следует, что коэффициенты запаса по нормальным и касательным  будут равны:

nσ = 380/{ [2,3/0,65 х 1,4] х 12,9 + 0,1 х 0 } = 11,66

nح = 230/{ [2,2/0,65 х 1,4] х 3,02 + 0,05 х3,02 } = 30,8

Определяем  запас прочности и сравниваем его с допускаемым значением:

т.е. n  > [ n ].

Запас прочности по слабому месту –  удовлетворительный.

 Условие выполняется,  жесткость вала обеспечена.

 

 

 

 

 

 

                                   

 

 

                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.12. Посадки червячного колеса, шкива, подшипников, муфты на валы в корпус.

1) Посадка  червячного колеса на вал Н7/р6 по СТ СЭВ 144-75

2) Посадка полумуфты на вал осуществляется по Н7/т6 по СТ СЭВ 144 - 75

3) Шейки  валов под подшипники выполняются с отклонением вала R6.

5) Посадка  шкива на вал выполняется по Н7/р6 по СТ СЭВ 144-75

6) Посадка  стакана под подшипник качения  в корпус осуществляется по  Н7/р6 по СТ СЭВ 144 – 75

Отклонения  отверстий в корпусе под наружные кольца - Н7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.13. Смазка редуктора.

На  валу червяка устанавливаются крыльчатки, они производят разбрызгивание жидкого  масла на зацепление и подшипники.