- •Воронеж 2009
- •Введение
- •Конструкция валов
- •Элементы вала
- •Материалы валов и их термообработка
- •Критерии работоспособности и расчета валов
- •Расчетная схема и расчетные нагрузки
- •Определение сил в зацеплении закрытых передач
- •Определение консольных сил
- •Определение геометрических параметров ступеней валов
- •Определение размеров валов
- •Компоновка редуктора
- •Размеры, необходимые для выполнения компоновки
- •Порядок построения эскизной компоновки редуктора
- •Предварительный выбор подшипников качения
- •Порядок проектирования подшипниковых узлов
- •Выбор типа подшипника
- •Основные схемы установки подшипников
- •Размеры и основные размеры подшипников качения
- •Определение реакций в опорах подшипников и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов
- •Расчет диаметра вала в опасном сечении
- •Конструирование валов
- •Переходные участки
- •Посадочные поверхности
- •Расчет вала на сопротивление усталости (выносливость)
- •Справочные данные по коэффициентам концентрации напряжений
- •Расчет шпоночных соединений
- •Пример расчета шпоночного соединения
- •Оформление рабочего чертежа вала
- •Изображение детали
- •Линейные и диаметральные размеры
- •Допуски и посадки
- •Допуски формы и расположения поверхностей
- •Шероховатость поверхностей.
- •Разработка рабочих чертежей деталей редуктора
- •Изображение детали
- •Линейные размеры
- •Текстовая часть рабочего чертежа
- •Примеры разработки рабочих чертежей
- •Заполнение основной надписи конструкторской документации
- •Примеры расчётов валов привода
- •Расчёт валов двухступенчатого цилиндрического редуктора (пример 1)
- •Предварительная компоновка редуктора (представлена только расчётная часть)
- •Быстроходный вал
- •Промежуточный вал
- •Тихоходный вал
- •Тихоходный вал
- •Компоновка редуктора
- •Проектный расчет вала.
- •Быстроходный вал
- •Тихоходный вал
- •Проверка вала на усталостную прочность
- •Быстроходный вал
- •Тихоходный вал
- •Расчет шпоночного соединения.
- •Расчёт валов одноступенчатого цилиндрического редуктора (пример 3)
- •Предварительная компоновка редуктора
- •Быстроходный вал
- •Тихоходный вал
- •Расчет валов на прочность
- •Расчет быстроходного вала редуктора
- •Расчет тихоходного вала редуктора
- •Расчет валов на жесткость
- •Расчет быстроходного вала
- •Расчет тихоходного вала
- •Расчёт валов двухступенчатого цилиндрического редуктора (пример 4)
- •Расчёт быстроходного вала-шестерни редуктора.
- •Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость)
- •Расчёт промежуточного вала-шестерни редуктора
- •Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость).
- •Расчёт тихоходного вала редуктора.
- •Ориентировочный расчёт вала.
- •Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость).
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Определение сил в зацеплении закрытых передач
Окружное усилие Ft направлено по касательной к начальным окружностям зубчатых колес, радиальное усилие Fr – по радиусу к центру колеса, осевое усилие Fa – параллельно оси вала.
В проектируемых приводах конструируются цилиндрические косозубые редукторы с углом наклона зуба β = 8...16°, Угол зацепления принят α = 20°.
На рисунках 8, 9 даны схемы сил в зацеплении цилиндрической и конической передачах при различных направлениях наклона зубьев и вращения валов. За точку приложения сил принимают полюс зацепления в средней плоскости колеса.
Значения сил можно определить по таблице 1.
Определение сил в зацеплении передачи
Передача |
Силы в зацеплении |
Значение силы |
|
на шестерне |
на колесе |
||
Цилиндрическая косозубая |
Окружная |
|
|
Радиальная |
|
|
|
Осевая |
|
|
|
Коническая косозубая |
Окружная |
|
|
Радиальная |
|
|
|
Осевая |
|
|
Рисунок 8 – Схема сил в зацеплении косозубой цилиндрической передачи: a – направление линии зуба колеса – левое, шестерни – правое; б – колеса – правое, шестерни – левое.
Рисунок 9 – Схема сил в зацеплении конической передачи: a – направление линии зуба колеса – левое, шестерни – правое; б – колеса – правое, шестерни – левое.
Определение консольных сил
В проектируемых приводах конструируются открытые зубчатые цилиндрические и конические передачи с прямыми зубьями, а также ременные и цепные передачи, определяющие консольную нагрузку на выходные концы валов. Кроме того, консольная нагрузка вызывается муфтами, соединяющими двигатель с редуктором или редуктор с рабочей машиной.
Схема сил в зацеплении открытых зубчатых прямозубых передач такая же, как и для закрытых (исключая силу Fa в цилиндрическом прямозубом зацеплении).
Консольные силы для выходных участков валов от открытой ременной или цепной передачи Fоп назначается согласно заданной кинематической схеме привода.
Консольная сила от муфты Fм перпендикулярна оси вала. Её направление зависит от монтажных неточностей при сборке привода. Для расчёта валов рекомендуется принять самый неблагоприятный вариант сочетания направлений– когда сила Fм направлена противоположно силе Ft.
Величины консольных сил можно определить по таблице 2.
Силовая схема нагружения валов имеет целью определить направление сил в зацеплении редукторной пары, консольных сил со стороны открытых передач и муфты, реакций в подшипниках, а также направление вращающих моментов и угловых скоростей валов.
Рекомендуется следующий порядок выполнения силовой схемы:
1 Наметить расположение элементов силовой схемы в соответствии с кинематической схемой привода.
2 Произвольно расположить и разноцветно вычертить аксонометрические оси X, Y, Z (под углом 120°); векторы сил в зацеплении, консольных сил и реакций в подшипниках изобразить цветом соответствующей оси.
3 Вычертить в произвольных размерах валы и, установленные на них подшипники, редукторную пару, элемент открытой передачи и муфту в соответствии с условными обозначениями по ГОСТ 2.770-68. Обозначить подшипники: А и В – на быстроходном валу, С и D – на тихоходном.
4 Выбрать направление винтовой линии колес. В цилиндрических косозубых передачах принять шестерню с левым зубом, колесо – с правым.
5 Определить направление вращения быстроходного и тихоходного валов редуктора (1, и 2) по направлению вращения двигателя.
Направление вращения двигателя выбрать в соответствии с направлением вращения приводного вала рабочей машины.
Если привод реверсивный, то направление вращения двигателя можно выбрать произвольно.
Определение консольных сил
Вид открытой передачи |
Направление сил |
Значение силы |
||
на шестерне |
на колесе |
|||
Цилиндрическая прямозубая |
Окружная |
|
|
|
Радиальная |
|
|
||
Коническая прямозубая |
Окружная |
|
|
|
Радиальная |
|
|
||
Осевая |
|
|
||
Плоскоременная |
Радиальная |
|
||
Клиноременная |
Радиальная |
|
||
Цепная |
Радиальная |
|
||
Муфта |
Радиальная |
На быстроходном валу |
На тихоходном валу |
|
|
|
Рисунок 10 – Пример схемы нагружения валов цилиндрического одноступенчатого редуктора с муфтой и цепной передачей
6 Определить направление сил в зацеплении редукторной пары в соответствии с выбранным направлением винтовой линии и вращения валов: на шестерне – Ft1, Fr1, Fa1 и на колесе Ft2, Fr2, Fa2. Силы Ft1 и Ft2 направлены так, чтобы моменты этих сил уравновешивали вращающие моменты T1 и Т2, приложенные к валам редуктора со стороны двигателя и рабочей машины: Ft1 направлена противоположно вращению шестерни, Ft2 – по направлению вращения колеса.
7 Определить направление консольных сил на выходных концах валов:
а) Направление сил в открытых зубчатых передачах определить так же, как в редукторных парах.
б) Консольная сила от ременной (цепной) передачи Fоп перпендикулярна оси вала и в соответствии с положением передачи в кинематической схеме привода может быть направлена вертикально, горизонтально или под углом к горизонту. Если проектным заданием предусмотрено наклонное положение передачи под углом θ, то силу Fоп нужно разложить на вертикальную Fy, и горизонтальную Fx составляющие (рисунок 92) и определить их значение (таблица 2).
в) Консольная сила от муфты Fм перпендикулярна оси вала, но ее направление в отношении окружной силы Ft может быть любым (зависит от случайных неточностей монтажа муфты). Поэтому рекомендуется принять худший случай нагружения – направить силу Fм противоположно силе Ft, что увеличит напряжения и деформацию вала.
8 Определить направление радиальных реакций в подшипниках.
Радиальные реакции в подшипниках быстроходного и тихоходного валов направить противоположно направлению окружных (Ft1 и Ft2) и радиальных (Fr1, и Fr2) сил в зацеплении редукторной передачи. Точка приложения реакции – середина подшипника. При этом считать, что реакции от действия консольных нагрузок геометрически сложены с реакциями от сил зацепления. Реакции обозначить буквой R с индексом, указывающим данный подшипник и соответствующее направление координатной оси (RAx, RCy, и т. п.).
9 Определить направление суммарных реакций в подшипниках геометрическим сложением радикальных реакций в вертикальной и горизонтальной плоскостях методом параллелограмма. Индекс обозначения суммарной реакции указывает данный подшипник (RA, RB и т. п.).