Диаметр вала (цапфы) под подшипники

dП = d + 2tцил = 30 + 2·3,5 = 37 мм,

где tцил = 3,5 мм из таблицы 34 [Р. 10]. Так как диаметр цапфы должен быть кратным пяти, то принимаем стандартное значение dП = 35 мм.

Диаметр буртика для подшипников

dБП = dП + 3r = 35 + 3 ·2 = 41 мм,

где r = 2 мм из таблицы 34 [Р. 10].

Длина участков: ℓМБ = 1,5d = 1,5· 30 = 45 мм; ℓКБ = 2,0 · dП = 2,0 · 35= 70 мм.

Зазор между вращающимися колесами и внутренними поверхностями стенок корпуса а = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru + 3 мм,

где L – расстояние между внешними поверхностями деталей передач.

Из рисунка 4.3: L = аω + 0,5 dам2 + 0,5 dа1 = 190 + 0,5·340+0,5∙100 = 410 мм.

В этом случае, а = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru + 3 ≈ 7,4+3=10,4 мм. Принимаем а = 11 мм.

Так как в зацеплении червячной передачи действуют окружная, радиальная и осевая силы, то в качестве опор вала выбираем по dП = 35 мм подшипники роликовые конические однорядные (ГОСТ 333-79) легкой серии № 7207. Из таблицы 40 [Р. 10] выписываем: d = 35 мм; D = 72 мм; Т = 18,25 мм; В = 17 мм; С=15мм; Сr = 38,5 кН; С0 = 26 кН; е = 0,37; Υ =1,62; Υ0 = 0,89.

Длина вала между опорами определяется в результате эскизной компоновки передачи и корпуса редуктора.

Ориентировочно из рисунка 4.4

р1 ≈2 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru мм

Полная длина входного вала

П1 ≈ ℓМБ +ℓКБ + ℓР1 + Т +2= 45 + 70 + 273 + 18,25+2 = 406 + 2 = 408 мм.

По результатам расчета изображается эскиз вала с указанием размеров.

4.7.2 Проектировочный расчет выходного вала и выбор подшипников

Тихоходные валы имеют концевые участки, участки для установки подшипников, колес и распорной втулки, буртики для подшипников и для колеса. Выходной вал В2 имеет цилиндрический консольный концевой участок длиной ℓМТ диаметром d, промежуточный участок ℓКТ диаметром dП, участок (цапфу) для установки подшипников диаметром dП, участки диаметром буртика dБП для упора во внутренние кольца подшипников. В средней части вала на шпонке установлено червячное колесо z2, которое с одной стороны упирается в буртик вала dБК, а с другой - во втулку.

4.7.2.1 Расчетная схема. Исходные данные

Расчетная схема выходного вала представлена на рис 4.5.

Исходные данные: вращающий момент на выходном валу Т2 = 954,2 Н·м;

ширина венца червячного колеса в2 = 71 мм.

 
  Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Рис. 4.5 Расчетная схема выходного вала

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru 4.7.2.2 Геометрические размеры выходного вала

Диаметр вала:

d = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 62,02 мм.

По таблице 1 [Р. 10] принимаем d = 63 мм,

где Т2 - вращающий момент на выходном валу в Н·мм.

Диаметр вала для установки подшипников dП:

dП = d + 2tцил = 63 + 2 · 4,6 = 72,2 мм, рассчитанный диаметр dп округляется до значения, кратного 5, т.е. dП = 75 мм,

где tцил = 4,6 мм определяется по таблице 34 [Р. 10].

Диаметр буртика подшипников dБП:

dБП = dП + 3r = 75 + 3 · 3,5 = 85,5 мм,

где r = 3,5 мм определяется по таблице 34 [Р. 10].

Диаметр буртика колеса dБК = dК + 3f = 85,5 + 3 · 2 = 91,5 мм,

где dК = dБП = 85,5 мм – диаметр участка вала для посадки колеса;

Длину буртика выбирают конструктивно в пределах 3…5 мм,

f = 2 мм – определяется по таблице 34 [Р. 10].

Длина концевого участка вала ℓМТ = 1,5 d = 1,5 · 63 = 94,5 мм.

Длина промежуточного участка ℓКТ = 1,2 dп = 1,2 · 75 = 90 мм.

Длину ступицы ℓСТ согласуют с расчетом соединения вал-ступица, выбранного для передачи вращающего момента и с диаметром посадочного отверстия ℓСТ = (0,8…1,5) dК принимаем ℓСТ = 1,2 dК = 1,2 · 85,5 = 102,6 мм. Округляем ℓСТ = 103 мм.

Чтобы поверхности вращающихся колес не задевали за внутренние поверхности стенок корпуса, между ними оставляется зазор а (рис.4.3), рассчитанный в 4.7.1.2 и равный а = 11 мм.

Для выходного вала по dП = 75 мм выбираем роликовые конические однорядные подшипники легкой серии №7215 со следующими параметрами:

d = 75 мм; Д = 130 мм; Т = 27,25 мм; В = 16 мм; С = 22 мм; Сr = 107 кН;

С0 = 84 кН; е = 0,39; Y = 1,55; Y0 = 0,85.

Расчётная длина вала ℓр2 = в2 + 2а + Т= 71+ 2·11+27,25 = 120,25 мм - важнейший параметр, необходимый для расчета вала на прочность.

Полная длина выходного вала:

П2 = ℓМТ + ℓКТ + ℓр2 + 3 мм = 94,5 + 90 + 120,25 + 3 мм = 307,75 мм.

Округляем до целого числа ℓП2 = 308 мм,

Для осевого фиксирования валов наиболее простой является схема установки подшипников «в распор».

Результаты расчетов для эскизного проектирования червячной передачи приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Результаты расчетов для эскизного проектирования

Наименование параметров и размерность Обозначение Величина
Входной вал В1    
Диаметр концевого участка, мм d
Диаметр вала (цапфы) под подшипники, мм dП
Диаметр буртика для подшипников, мм dБП
Длина концевого участка, мм МБ
Длина промежуточного участка, мм КБ
Зазор между колесами и стенкой корпуса, мм а
Длина вала, мм П1
Подшипники входного вала:  
наружный диаметр, мм D
внутренний диаметр, мм d
ширина, мм Т 18,25
динамическая грузоподъемность, кН Сr 38,5
Выходной вал – В2    
Диаметр концевого участка, мм d
Диаметр вала под подшипники, мм dП
Диаметр буртика для подшипников, мм dБП 85,5
Диаметр буртика для колеса, мм dБК 91,5
Длина концевого участка, мм МТ 94,5
Длина промежуточного участка, мм КТ
Длина вала, мм П2
Подшипники выходного вала:  
наружный диаметр, мм D
внутренний диаметр, мм d
ширина, мм В 27,25
динамическая грузоподъемность, кН Сr


4.7.3 Эскизная компоновка передачи

Эскизная компоновка передач редуктора выполняется по результатам произведенных расчетов, как правило, на миллиметровке в соответствующем масштабе. Выполнение эскизного чертежа начинается с проведения линий, определяющих межосевые расстояния с дальнейшим изображением деталей передач: валов, подшипников, зубчатых колес.

По результатам выполнения эскизной компоновки уточняются размеры валов и делается заключение о работоспособности редуктора.

На рис. 4.6 приведена принципиальная эскизная компоновка червячного редуктора, а на рис. 4.7 – в масштабе 1:2 для рассматриваемого примера.

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

       
  Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru
    Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru
 

4.8 Проверочный расчет выходного вала червячного редуктора

Проверочный расчет выходного (или любого другого) вала проводится с целью определения сохранения его работоспособности под действием приложенных к нему нагрузок в течении установленного срока эксплуатации.

4.8.1 Расчетная схема. Исходные данные

Расчётная схема вала и выбранная система отсчёта представлены на рис. 4.8.

Точка приложения окружной Ft2, радиальной Fг2 и осевой Fa2 сил обозначена точкой С. Сила Ft2 в точке приложения С создает вращающий момент Т21) = 2Ft/d2, а силы Ft2, Fa2 и Fг2 в точках опор А и В приводят к возникновению реакций RAY; RAX; RBY; RBX. Моменту Т2 препятствует момент сил полезных сопротивлений ТПС2). Точка С равноудалена от точек А и В, следовательно длины участков ℓ1 и ℓ2 равны между собой и равны ½ℓ р2 = 60,12 мм, а значение

3 = ℓ2п – ℓр2 = 308 – 120,25 = 187,75 мм.

 
  Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Рис. 4.8 Расчетная схема на прочность выходного вала

червячной передачи

Исходные данные:

окружная сила Ft2 = 6361,3 Н; радиальная сила Fг2 = 2315,5 Н; осевая сила Fa2 = 1767 Н; вращающий момент М1= Т2 = 954,2 Н·м;

р2 = 120,25 мм; ℓ2п = 308 мм, делительный диаметр колеса d2 = 300 мм;

1 = ℓ2 = 60,12 мм; ℓ3 = 187,75 мм; диаметр вала под колесом dК = 85,5 мм.

4.8.2 Определение внешних нагрузок – реакций связей

В вертикальной плоскости YOZ действуют силы реакции в опорах RAу, RBy, радиальная Fr2 и осевая Fa2 силы.

Реакции в опорах определяются путём составления и решения уравнения равновесия.

1) Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0, RBу (ℓ1 +ℓ2) – Fa2 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru d2 – Fr2 · ℓ1 = 0,

RBу = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 3361,8 Н.

2) Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru =0, Fr2· ℓ2 – RAУ(ℓ1 + ℓ2) – Fa2 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru d2 = 0,

RAу = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = -1046,5 Н.

Необходимо иметь ввиду, что направление реакции RAу не совпадает с направлением, указанным на схеме.

3) Для проверки правильности решения составляется уравнение

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0; Σ FКу = -RAу + RBу – Fr2 = -1046,5Н + 3361,8 – 2315,5 ≈ 0.

Реакции определены верно: RAу= -1046,5 Н; RBу = 3361,8 Н.

В горизонтальной плоскости ХОZ действуют силы реакции в опорах RAх, RBх и окружная сила Ft2:

1) Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0, RВх· (ℓ1+ℓ2) - Ft21 = 0.

RВх = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 3180,65 Н.

2) Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0, Ft22 – RAх· (ℓ1 + ℓ2) = 0.

RAх = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 3180,65 Н.

3) Для проверки правильности решения составляется уравнение

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0, ΣFКх = RAх – Ft2 + RВх = 3180,65 – 6361,3·+3180,65 ≈ 0.

Направление и величины сил реакции опор определены верно:

RAх = RВх = 3180,65 Н.

Если значения сил реакции имеет знак минус, то это необходимо учитывать при решении уравнений по определению внутренних усилий.

Суммарные реакции в опорах:

RA = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 3348,4 Н;

RВ = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 4628 Н.

4.8.3 Определение внутренних усилий в поперечных сечениях вала

Для определения изгибающих и крутящих моментов воспользуемся методом сечений, для чего разобьем расчетную схему вала на три участка и определим границы участков по координате z:

1-й участок: 0 ≤ z ≤ℓ1; М(1)х = RAу·z; М(1)у = RAх·z;

при z = 0: М(1)х = 0; М(1)у = 0; M(1)z = 0;

при z = ℓ1= 60,12 мм: М(1)х = -1046,5·0,06012= - 62,9 Нм;

M(1)у = 3180,65 · 0,06012 = 191,23 Нм; M(1)z = 0;

2-й участок: ℓ1 ≤ z ≤ (ℓ1+ℓ2);

M(2)x = RAу ·z +· Fa2· Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ·d2 – Fr2· (z-ℓ1);

при z = ℓ1 = 60,12 мм ; M(2)x = - 1046,5·0,06012 + 1767· Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ·0,3-2315,5·0 = 202,15 Нм;

при z = ℓ1+ℓ2 = 120,25 мм; M(2)x = -1046,5 · 0,12+1767· Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ·0,3–2315,5·0,6012 = 0 Нм;

M(2)у = RAх·z - Ft2 (z – ℓ1);

при z=ℓ1=60,12; M(2)у = 3180,65·0,06012-6361,3·0= 191,23 Нм;

при z=ℓ1+ℓ2=120,25; M(2)у = 3180,65·0,12 – 6361,3·0,06012= 0 Нм;

M(2)z = Т2= 954,2 Нм;

участок 3-й: (ℓ1 +ℓ2) ≤ z ≤ (ℓ1 + ℓ2 + ℓ3);

M(3)x = RAу · z + Fa2 · Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ·d2 - Fr2· (z – ℓ1) + RBу· (z – ℓ1 – ℓ2);

при z = ℓ1+ℓ2 = 120,25 мм;

M(3)x = - 1046,5 · 0,12 +1767 · Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ·0,3 - 2315,5 ·0,06012 +3361,8·0 = 0;

при z = ℓ1+ℓ2+ ℓ3= 308 мм;

M(3)x = -1046,5· 0,308 +1767· Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ·0,3 - 2315,5·0,25 + 3361,8 · 0,187 = 0;

M(3)у = RAх·z - Ft2 · (z – ℓ1) + RBх·(z – ℓ1 – ℓ2);

при z = ℓ1+ℓ2 = 120,25 мм;

M(3)у = 3180,65 · 0,12 - 6361,3·0,06012+3180,65·0 = 0;

при z = ℓ1+ℓ2+ ℓ3=308 мм;

M(3)у = 3180,65 0,308 – 6361,3 · 0,25 + 3180,65 · 0,187 = 0;

M(3)z = T2 = 954,2 Нм.

Так как все функции моментов линейны, графически они выражаются прямой линией, для нахождения которой достаточно определить значения в начале и в конце каждого участка. Для построения эпюр изгибающих и крутящих моментов Мх(z), Му(z), Мz(z) результаты расчетов приведены в таблице 4.3

Таблица 4.3

Значения изгибающих и крутящих моментов в поперечных сечениях вала

Расчетный параметр У ч а с т к и
1-й 2-й 3-й
60,12мм 60,12мм 120,25мм 120,255мм 308мм
Мх, Н·м - 62,9 202,12
МУ, Н·м 191,23 191,23
МZ, Н·м 954,2 954,2 954,2 954,2

Расчетная схема выходного вала и эпюры Мх(z), Му(z) и Мz(z) представлены на рисунке 4.9.

 
  Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

       
   
М2
 
 

Рис. 4.9 Эпюры Мх(z), Му(z), Мz(z)

По эпюрам определяют наиболее опасное сечение. Из анализа эпюр следует, что опасным является сечение, проходящее через точку С, в котором Мх = 202,15 Н·м; Му = 191,23 Н·м; Мz = 954,2 Н·м

4.8.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность

Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х, механические характеристики которых приведены в таблице 44 [Р. 10].

Для выходного вала принимаем сталь 45 для d ≤ 120 мм; НВ = 240;

σВ = 800 Н/мм2; σТ = 550 Н/мм2; τТ = 300 Н/мм2; σ-1 = 350 Н/мм2;

τ-1 = 210 Н/мм2.

Так как червяк изготовлен как одно целое с валом, то материал вала В1 тот же, что и для червяка: сталь 40Х, термообработка, улучшенная закалка; для заготовки диаметром d ≤ 120 мм; НВ = 270; σВ = 900 Н/мм2;

σТ = 750 Н/мм2; τТ = 450 Н/мм2; σ-1 =410 Н/мм2; τ-1 = 240 Н/мм2.

Условие прочности SТ ≥ [SТ],

где SТ – коэффициент прочности по текучести;

[SТ] = 1,3…1,6 – допускаемый коэффициент запаса прочности по текучести.

Расчетные формулы:

SТ = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ,

где КП = 2,5 – коэффициент перегрузки;

σэкв = Мэкв/Wи - – эквивалентное напряжение;

Мэкв = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru - эквивалентный момент;

Wи = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru - осевой момент сопротивления сечения,

где dK = 85,5 мм – диаметр вала под колесом;

Ми = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru - результирующий изгибающий момент.

Таким образом, получаем:

Мu = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Н·м;

Мэкв = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Н·м;

W = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru мм3; σэкв = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Н/мм2;

SТ = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru .

Статическая прочность вала обеспечивается с большим запасом, так как SТ = 13,6 > [SТ] = 1,3…1,6.

5 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ПОДШИПНИКОВ ВЫХОДНОГО

ВАЛА РЕДУКТОРА

При предварительной конструктивной проработке редукторов были выбраны типы подшипников и намечена схема их установки.

Цель этого раздела заключается в том, что, зная силы, нагружающие подшипник, произвести проверочные расчёты подшипников на статическую или динамическую грузоподъемность и сделать вывод о способности выбранного подшипника обеспечить работоспособность редуктора при заданной нагрузке.

По статической грузоподъемности подшипники проверяют при частоте вращения вала n < 10 об/мин. По динамической грузоподъемности подшипники проверяют при частоте вращения вала (кольца) n ≥ 10 об/мин.

5.1 Методика и пример расчета шарикового радиального однорядного подшипника выходного вала цилиндрического прямозубого редуктора

5.1.1 Расчетная схема. Исходные данные

Расчетная схема представляет собой узел конструкции, в котором установлен рассматриваемый подшипник – она может быть представлена как конструктивная схема (рис. 5.1).

Исходные данные:

силы реакции опор RAx = 573 Н, RAy = 208,5 H, RBx = 573 H, RBy = 208,5H.

Суммарная радиальная реакция подшипника, приложенная к оси вала на середине ширины подшипника, для нашего примера RA = RВ,

Rr = RА = RB = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Н;

подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии №208 с параметрами d = 40 мм, Д = 80 мм, В = 18 мм, Сr = 32 кН, С0 = 17,8 кН;

частота вращения выходного вала n2 = 150 об/мин;

нагрузка спокойная, переменная, реверсивная, с умеренными толчками;

ресурс работы t = 30 000 часов.

 
  Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Рис. 5.1 Расчетная схема подшипника

Внутреннее кольцо подшипника поставлено на вал с натягом и вращается вместе с валом, а наружное кольцо - в корпусе неподвижное; схема установки подшипников на валах – враспор.

5.1.2 Расчет динамической грузоподъемности

Условие работоспособности подшипника по динамической грузоподъемности

Сr = RЕ Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru , (5.1)

где Сr – расчетное значение динамической грузоподъемности, кН;

r] – допускаемое (табличное) значение динамической грузоподъемности, кН;

n2 – частота вращения выходного вала, об/мин;

Lhтр – требуемая (расчетная) долговечность подшипника, равная ресурсу работы, час;

а23 – коэффициент, характеризующий совместное влияние на ресурс подшипника материала колец, тел качения и условий эксплуатации (для шарикоподшипников а23 = 0,7…0,8);

RE - эквивалентная динамическая нагрузка.

Для подшипников шариковых радиальных однорядных при осевой силе Fa = 0 эквивалентная нагрузка RЕ определяется по формуле

RE = VXRrKσКТ, (5.2)

где V – коэффициент вращения (V = 1 при вращении внутреннего кольца подшипника);

Х – коэффициент радиальной нагрузки (так как Ra = Fa = 0, то Х =1 из таблицы 41[Р.10]);

Кσ – коэффициент безопасности (выбирается по таблице 42 [Р.10], при умеренных толчках Кσ = 1,4);

КТ – температурный коэффициент (выбирается по таблице 43 [Р.10], при t0 ≤ 1000С КТ = 1).

Расчёт:

эквивалентная нагрузка

RE = 1,0 · 1,0 · 610 · 1,4 ·1,0 = 854 Н;

расчетная динамическая грузоподъемность

Сr = 854 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Н ≈ 6 кН.

Так как действительная грузоподъемность Сr = 6 кН меньше [С r] = 32 кН, то условие работоспособности принятых подшипников обеспечивается.

Определим долговечность подшипника

Lh.тр = а23 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0,75 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 4384247 часов, что намного превышает заданный ресурс работы 30000 часов.

5.2 Методика расчёта роликового конического однорядного

подшипника

5.2.1 Расчетная схема. Исходные данные

Расчётная схема подшипника приведена на рисунке 5.2.

 
  Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Рис. 5.2 Расчётная схема подшипника

Исходные данные:

силы реакции опор RA = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru и RB = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ;

осевая сила Fa;

частота вращения выходного вала nвых = n2;

нагрузка спокойная, переменная, реверсивная, с умеренными толчками;

ресурс работы t часов.

подшипники роликовые конические однорядные с параметрами (таблица 40 [Р. 10]):

d – диаметр внутреннего кольца, мм;

D – диаметр наружного кольца, мм;

Т - ширина подшипника, мм;

r] – табличная (допускаемая) динамическая грузоподъёмность подшипника, кН;

0] – табличная (допускаемая) статическая грузоподъёмность подшипника, кН;

Y – коэффициент восприятия осевой нагрузки;

е – коэффициент осевого нагружения.

Внутреннее кольцо подшипника поставлено на вал с натягом и вращается вместе с валом, а наружное кольцо в корпусе неподвижное; схема установки подшипников на валах – враспор.

Проверочный расчет производится по динамической грузоподъемности для наиболее нагруженной опоры.

5.2.2 Расчёт по динамической грузоподъемности

Определяются осевые соотношения Rs от радиальных сил нагружения и суммируются с внешней осевой силой Fa, т.е.

RS = 0,83 eRA(B) ; (5.3)

Ra = Rs + Fa. (5.4)

Для нормальной работы роликового конического подшипника необходимо, чтобы в опоре осевая сила, нагружающая подшипник, была не меньше осевой составляющей от действия радиальных нагрузок, т.е.

Ra ≥ RS.

Рассчитывается эквивалентная нагрузка по формуле:

RE = (V·X·RА) + Y·Ra) · Kσ · KT, (5.5)

где V – коэффициент вращения (V = 1 при вращении внутреннего кольца подшипника относительно радиальной нагрузки и V = 1,2 при вращении наружного кольца);

Х – коэффициент радиального нагружения (для конических роликовых подшипников уточняется в зависимости от отношения Fa/VFr > е или < е и окончательно выбирается по таблице 41 [Р. 10], где Fr = RA(B), Fa = Ra;

Кσ – коэффициент безопасности, принимают по таблице 42 [Р. 10], в зависимости от вида нагружения и области применения (Кσ = 1,3 …1,5);

КТ – температурный коэффициент выбирается по таблице 43 [Р. 10], при температуре нагрева масла в картере редуктора до 1000С КТ = 1,0;

Определяется действительная (расчётная) динамическая грузоподъемность подшипника по формуле:

Сr тр = RE Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru , (5.6)

где а23 = 0,6…0,7 – коэффициент совместного влияния на ресурс материала колец, тел качения и условий эксплуатации;

m ≈ 3,33 – показатель степени для роликовых конических подшипников, который для приближённых расчётов можно принимать m = 3.

Расчётное значение динамической нагрузки должно быть меньше допускаемой (табличной) динамической грузоподъемности

Сr < [С r].

При необходимости определяется расчетная долговечность (ресурс) подшипника

Lh = a23 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru . (5,7)

Выбранный роликовый конический подшипник должен удовлетворять условиям:

Lh ≥ LhТР и Сr < [С r].

Примеры проверочного расчета роликовых конических подшипников по динамической грузоподъемности

Пример 1. Проверочный расчет роликового конического подшипника для выходного вала цилиндрического косозубого редуктора

1.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчётная схема подшипника приведена на рис. 5.2.

Исходные данные:

силы реакции опор

RA = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 688,3 Н;

RВ = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 843 Н;

внешняя осевая сила Fa = 196 Н;

частота вращения вала n2 = 150 об/мин;

нагрузка спокойная, переменная, реверсивная, с умеренными толчками;

ресурс работы t = 30 000 часов;

подшипники роликовые конические однорядные легкой серии 7208 со следующими параметрами (выбраны по таблице 40 [Р. 10]):

d = 40 мм, Д = 80 мм, Т2 = 19,75 мм,

r ]= 46,5 кН – базовая (табличная) динамическая грузоподъемность,

0 ] = 32,5 кН – базовая (табличная) статическая грузоподъемность,

Y = 1,56 – коэффициент восприятия осевой нагрузки;

e = 0,38 – коэффициент осевого нагружения.

1.2 Проверочный расчёт подшипника по динамической

грузоподъёмности

Расчет производится по наиболее нагруженной опоры RB = 843 Н.

Определяем осевые соотношения Rs от радиальных сил нагружения и суммируем с внешней осевой силой Fa.

RS = 0,83 eRB = 0,83·0,38·843 = 265,9 H;

Ra = Rs + Fa = 265,9 + 196 = 461,9 H.

Для нормальной работы роликового конического подшипника необходимо, чтобы в опоре осевая сила, нагружающая подшипник, была не меньше осевой составляющей от действия радиальных нагрузок, т.е.

Ra ≥ RS, Ra = 461,9 > RS = 265,9 Н .

Вычисляем эквивалентную нагрузку по формуле:

RE = (V·X·RB + Y·Ra) · Kσ· KT,

RE = (1·0,4·843 + 1,56·461,9) ·1,4·1,0 ≈ 1480,9 Н,

где Х = 0,4 из таблицы 41 [ Р.10], так как

Ra/ V RB = 461,9/1· 843 = 0,54 > е = 0,38.

Вычисляем расчётное значение динамической нагрузки:

Сr тр = RE Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru кН.

Так как действительная грузоподъемность Сr = 10,8 кН меньше допускаемой [С r] = 46,5 кН, то работоспособность принятых подшипников обеспечивается.

Расчетную долговечность (ресурс) подшипника

Lh = a23 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0,65 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru часов.

Роликовый конический подшипник легкой серии обеспечивает большую работоспособность заданной, так как

Lh = 2,23·106 ≥ LhТР = 30000 час.

Пример 2. Проверочный расчет роликового конического подшипника для выходного вала конического редуктора

2.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчётная схема подшипника приведена на рис. 5.2.

Исходные данные:

силы реакции опор

RA = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ;

RB = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ;

осевая сила Fa = 499Н;

частота вращения выходного вала nвых = n2 = 400 об/мин;

нагрузка спокойная, переменная, реверсивная, с умеренными толчками;

ресурс работы t = 30000 часов;

подшипники роликовые конические лёгкой серии №7208 с параметрами : d = 40мм;D = 80 мм;Т = 19,25 мм; В=18 мм; С = 16 мм; Сr = 46,5 кН; С0r = 32,5 кН; е = 0,38; Y = 1,56; Y0 = 0,86 (таблица 40[Р. 10]).

2.2 Проверочный расчёт подшипника по динамической

грузоподъемности

Для нормальной работы роликового конического подшипника необходимо, чтобы в опоре осевая сила Ra , нагружающая подшипник, была не меньше внешней осевой силы составляющей от действия радиальных нагрузок Rа, т.е. Ra ≥ Rs.

Расчет, как правило, производится для наиболее нагруженной опоры. В данном случае для опоры А, в которой RА = 945 Н.

Определяем осевые соотношения Rs от радиальных сил нагружения и суммируем с внешней осевой силой Fa.

RS = 0,83 e RA(В) = 0,83·0,38·945 = 298 H;

Rа = Rs + Fa2 = 298 + 499 = 797 H.

Условие Ra ≥ RS выполняется.

Коэффициент радиальной и осевой нагрузок для опоры А:

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 0,84 > е = 0,38.

В этом случае Х = 0,4 (таблица 41), Y = 1,56 (таблица 40 [Р. 10]).

Эквивалентная нагрузка

RЕ = (V ∙ X ∙ RА + Y ∙ Rа) ∙KБ ∙ КT = (1∙0,4 ∙ 945 + 1,56 ∙ 797)= 1621 H.

Расчетное значение динамической нагрузки

Сr = RЕ Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 16372 Н.

Условие работоспособности подшипников выполняется с большим запасом, так как Сr = 16,372 кН << [Сr ] = 46,5 кН.

Определяем расчетную долговечность (ресурс) подшипника

Lh = a23 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 687 ·103 часов.

Для расчёта принято m = 3.

Роликовый конический подшипник легкой серии 7208 обеспечивает большую работоспособность заданной, так как

Lh = 687·103 > LhТР = 30000 час.

Пример 3. Проверочный расчет роликового конического подшипника для выходного вала червячного редуктора

3.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчетная схема представлена на рис. 5.2.

Исходные данные:

силы реакции опор

RA = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 3348,4 Н;

RВ = Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru = 4628 Н;

внешняя осевая сила Fa = 499 Н;

частота вращения вала n2 = 25 об/мин;

нагрузка спокойная, переменная, реверсивная, с умеренными толчками;

ресурс работы t = Lh = 30 000 часов;

подшипники роликовые конические однорядные легкой серии 7215 со следующими параметрами (выбраны по таблице 40 [Р.10]):

d = 75 мм, D = 130 мм, Т = 27,25 мм;

r] = 107 кН - динамическая грузоподъемность;

0] = 84 кН - базовая статическая грузоподъемность;

Y = 1,55 – коэффициент восприятия осевой нагрузки;

e = 0,39 – коэффициент осевого нагружения.

3.2 Проверочный расчёт подшипника по динамической

грузоподъемности

Расчёт производится для наиболее нагруженной опоры Rв = 4628 Н.

Определяем осевые соотношения Rs от радиальных сил нагружения и суммируем с внешней осевой силой Fa.

RS = 0,83 eRB = 0,83·0,39·4628 = 1498,1 H;

Ra = Rs + Fa2 = 1498,1 + 1767 = 3265,1 H.

Для нормальной работы роликового конического подшипника необходимо, чтобы в опоре осевая сила, нагружающая подшипник, была не меньше осевой составляющей от действия радиальных нагрузок.

Ra ≥ RS , Ra = 3265,1 > RS = 1498,1 Н.

Вычисляем эквивалентную нагрузку

RE = (V·X·RB + Y·Ra) · Kσ · KT = (1·0,4·4628+ 1,55·3265,1) ·1,4·1,0 ≈ 9677 Н.

Здесь: Х = 0,4, так как отношение

Ra/ VRB = 3265,1/1·4628 = 0,7 > е = 0,39 (таблица 40 [Р.10]);

V = 1, так как вращается внутреннее кольцо подшипника.

Расчетное значение динамической нагрузки:

Сr тр = RE Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru кН.

Так как действительная грузоподъемность Сr = 38,8 кН меньше допускаемой (табличной) [Сr] = 107 кН, то работоспособность принятых подшипников обеспечивается.

Определяем расчетную долговечность (ресурс) подшипника

Lh = a23 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru ,

После подстановки значений:

Lh = 0,7 Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru часов.

Роликовые конические подшипники легкой серии обеспечивают большую работоспособность заданной, так как

Lh = 1,3·106 > LhТР = 30000 час

6 РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛ-СТУПИЦА ВЫХОДНОГО ВАЛА

На этапе эскизной компоновки было определено, что соединение зубчатого (конического, червячного) колеса с валом осуществляется с помощью шпонки, поэтому необходимо решить задачу выбора шпонки с такими параметрами, которые обеспечивали бы работоспособность шпоночного соединения.

В редукторах наиболее широкое применение находят призматические шпонки, как с округленными, так и с плоскими торцами. По условиям установки предпочтение отдают шпонкам со скругленными торцами. Боковые грани призматических шпонок являются рабочими. Ширину в и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t1 и в ступице t2 выбирают стандартными в зависимости от диаметра вала под колесом dк по таблице 49 [Р. 10]. Расчетная (рабочая) длина шпонки ℓр определяется расчетом по напряжению смятия [σ]см или выбирается в зависимости от длины ступицы (ширины зубчатого колеса). Обычно полная стандартная длина шпонки ℓ на 5…8 мм меньше длины ступицы.

Для решения поставленной задачи изображается расчётная схема соединения, указываются исходные данные, производится выбор шпонки, расчёт соединения на смятие и срез шпонки.

6.1 Расчетная схема. Исходные данные

Расчетная схема шпоночного соединения представлена на рис. 6.1.

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru

Рис. 6.1 Расчетная схема шпоночного соединения

Исходные данные:

Т2 - вращающий момент на выходном валу, Н∙м;

dк - диаметр участка вала для установки колеса, мм;

в2 - ширина зубчатого колеса, мм;

материал ступицы (колеса).

6.2 Выбор и расчет основных параметров шпонки

Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Диаметр вала (цапфы) под подшипники - student2.ru Для передачи вращающего момента Т2 от зубчатого колеса к выходному валу применяют, как правило, призматическую шпонку со скругленными торцами (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Призматическая шпонка со скругленными торцами

По табли

Наши рекомендации