8.2. Расчет на статическую прочность.

 

    Основными нагрузками на валы являются силы от передач, которые передаются через насаженные на них детали: зубчатые или червячные  колеса, звездочки, шкивы, муфты. При  расчетах принимают, что насаженные на вал детали передают силы и моменты валу на середине своей ширины и эти сечения принимают за расчетные. Под действием постоянных по величине и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу.

    Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали. Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин - легированные стали 40ХН, 20Х, 12ХНЗА.

    Расчет  проводят в такой последовательности: по чертежу вала составляют расчетную  схему, на которую наносят все  внешние силы, нагружающие вал, приводя  плоскости их действия к двум взаимно  перпендикулярным плоскостям). Затем  определяют реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этих же плоскостях строят эпюры изгибающих и крутящего моментов. Предположительно устанавливают опасные сечения, исходя из эпюр моментов, размеров сечения вала и концентратора напряжений.

Проверку статической прочности производят в целях предупреждения пластических деформаций в период действия кратковременных перегрузок (например, при пуске).

    Величина  перегрузки зависит от конструкции  передачи (привода). Так, при наличии  предохранительной муфты величина перегрузки определяется моментом, при котором эта муфта срабатывает. При отсутствии предохранительной муфты возможную перегрузку условно принимают равной перегрузке при пуске приводного электродвигателя.

Для выбранной  стали 45 знаем: s_B = 900 Н/мм; s_T = 650 Н/мм;

 s_-1 = 900 Н/мм; t_-1  = 230 Н/мм;

Произведем проверку вала шестерни:

Результирующий  изгибающий момент

Осевой момент сопротивления сечения

Эквивалентное напряжение

Коэффициент запаса прочности по текучести при коэффициенте

перегрузки К_п = 2,5.

 

    Произведем  проверку вала колеса червяка:

Результирующий  изгибающий момент

Осевой момент сопротивления сечения

Эквивалентное напряжение

Коэффициент запаса прочности по текучести при коэффициенте

перегрузки К_п = 2,5.

Статическая прочность  вала в сечении обеспечивается,

9. Выбор смазочных  материалов и системы  смазывания.

      Для уменьшения потерь мощности на трение и снижения интенсивности изнашивания трущихся поверхностей, а также для предохранения их от заедания, задиров, коррозии и для лучшего отвода теплоты трущиеся поверхности деталей должны иметь надежное смазывание.

      В настоящее время в машиностроении для смазывания передач широко применяют так называемую картерную систему смазывания. В корпус редуктора, коробки передач заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. При их вращении масло увлекается зубьями, разбрызгивается, попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которым покрываются поверхности расположенных внутри корпуса деталей.

      Картерную систему смазывания применяют при  окружной скорости зубчатых колес и червяков от 0,3 до 12,5 м/с. При более высоких скоростях масло сбрасывается с зубьев центробежной силой. Кроме того, заметно увеличиваются потери мощности на перемешивание масла и повышается его температура.

      Выбор смазочного материала основан на опыте эксплуатации машин. Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше контактные давления в зубьях, тем большей вязкостью должно обладать масло, чем выше окружная скорость колеса, тем меньше должна быть вязкость масла.

      Поэтому требуемую вязкость масла определяют в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес.

      Обозначение индустриальных масел состоит из четырех знаков, каждый из которых  обозначает: И—индустриальное, второй—принадлежность  к   группе по назначению (Г—для гидравлических систем, Т—тяжелонагруженные узлы), третий -принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам (А—масло без присадок, С—масло с антиокислительными, антикоррозионными и противоизносными присадками, Д — масло с антиокислительными, антикоррозионными, противоизносными и противозадирными присадками), четвертый (число)—класс кинематической вязкости.

      Наименьшую  глубину принято считать равной двум модулям зацепления. Наибольшая допустимая глубина погружения зависит от окружной скорости колеса. Чем медленнее вращается колесо, тем на большую глубину оно может быть погружено.

      В соосных редукторах при расположении валов в горизонтальной плоскости в масло погружают колеса быстроходной и тихоходной ступеней. При расположении валов в вертикальной плоскости в масло погружают шестерню и колесо, расположенные в нижней части корпуса. Если глубина погружения колеса окажется чрезмерной, то снижают уровень масла и устанавливают специальное смазочное колесо.

      В конических или коническо-цилиндрических редукторах в масляную ванну должны, быть полностью погружены зубья конического колеса.

      Если  важно уменьшить в червячной  передаче тепловыделения и потери мощности (например, при высокой частоте вращения червяка и длительной работе передачи). уровень масла в корпусе понижают. Для смазывания зацепления в этом случае на червяке устанавливают разбрызгиватели.

      Подшипники  смазывают тем же маслом, что и  детали передач. Другое масло применяют  лишь в ответственных изделиях, в  которых требуется защитить подшипники от продуктов износа деталей передач.

      При смазывании колес погружением на подшипники качения попадают брызги масла Стекающее с колес, валов и стенок корпуса масло попадает в подшипники.

      Нередко в масло погружают быстроходную шестерню или червяк и подшипник быстроходного вала. В этом случае во избежание попадания в подшипник продуктов износа зубчатых и червячных колес, а также излишнего полива маслом подшипники защищают маслозащитными шайбами (кольцами). Особенно это необходимо, если на быстроходном валу установлены косозубые или шевронные колеса либо червяк, когда зубья колес или витки червяка гонят масло и заливают подшипник, вызывая его разогрев.

      Для смазывания опор валов, далеко расположенных от уровня масляной ванны, применяют различные устройства:

      так, например, для смазывания подшипника вала конической шестерни, удаленного от масляной ванны, на фланце корпуса  в плоскости разъема делают канавки, а на крышке корпуса скосы. В эти  канавки со стенок крышки корпуса  стекает масло и через отверстия в стакане попадает к подшипникам.

      Для направления стекающего масла иногда делают на внутренней поверхности стенки корпуса ребра. По ним масло стекает  к отверстию в приливе корпуса  и попадает к подшипнику.

      Для смазывания подшипников вала червячного колеса иногда применяют скребки с лотками, по которым масло подается к подшипникам.

      Если  применение насоса нежелательно, подшипники, к которым затруднен доступ масла, смазывают пластичным смазочным материалом. В этом случае подшипник закрывают с внутренней стороны маслосбрасывающим кольцом. Свободное пространство внутри подшипникового узла заполняют смазочным материалом.

      Для подачи в подшипники пластичного  смазочного материала применяют  пресс-масленки. Смазочный материал подают под давлением специальным  шприцем.

      Для удобства подвода шприца в некоторых  случаях применяют переходные штуцера.

      При вертикальном расположении валов опоры  его смазывают маслом, подаваемым к подшипникам насосом, или пластичным смазочным материалом. Нижние опоры вертикальных валов обычно изолируют от масляной ванны.

Смазочные устройства

      При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей  передач, С течением времени оно  стареет, свойства его ухудшаются. Поэтому  масло, налитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этой цели в корпусе предусматривают сливное отверстие, закрываемое пробкой с цилиндрической или конической резьбой. Цилиндрическая резьба не создает надежного уплотнения. Поэтому под пробку с цилиндрической резьбой ставят уплотняющие прокладки из фибры, алюминия, паронита. Для этой цели применяют также кольца из маслобензостойкой резины.

      Коническая  резьба создает герметичное соединение, и пробки с этой резьбой дополнительного  уплотнения не требуют. Поэтому применение их более желательно.

      Для наблюдения за уровнем масла в корпусе устанавливают указатель.

      Маслосливные  пробки и крановые маслоуказатели устанавливают парами для контроля за нижним и верхним уровнями масла. Круглые маслоуказатели удобны для корпусов, расположенных достаточно высоко над уровнем пола.

При длительной работе в связи с нагревом масла  и воздуха повышается давление внутри корпуса. Это приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого, внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой путем установки отдушин в его верхних точках.

Окружная скорость зубчатого колеса:

 Контактные  напряжения . По табл. 8.1 выбираем масло И-Г-С-68.

Глубину погружения колеса в масленную ванну:

h_{m min} =2 × m = 2 × 4 = 8 мм, а h_{m max} =0,25 × d_м2 = 0,25 × 401 = 100 мм.

Примем h_m =54 мм.

Литература.

1. П.Ф. Дунаевский, О.П. Леликов. Детали машин. Курсовое проектирование. , М., Высшая школа., 1990. 397 с.
2. Н.Г. Куклин., Г.С. Куклина., Детали машин., М., Высшая школа., 1979. 311 с.