[см] - допускаемое напряжение смятия ([см] = 120...140 МПа).
1) Расчет шпоночного соединения между двигателем и редуктором (d = 38 мм).
Длину ступицы колеса принимаем:
lст = 1,2 * d = 1,2 * 38 = 46 мм
По ГОСТ 23360-78 (табл.24.32 /7/) выбираем шпонку:
ширина шпонки b = 10 мм;
высота шпонки h = 8 мм;
длина шпонки lшп = lст - (5...10) мм = 46 - 6 = 40 мм;
в соответствии с ГОСТ 23360-78 назначаем lшп = 40 мм.
Рабочая длина шпонки определяется:
lр = lшп - b = 40 - 10 = 30 мм
Выполняем проверочный расчет шпоночного соединения на смятие по формуле 2.5.1.:
см = (4,4 * 128 * 103) / (38 * 8 * 30) = 62 МПа [см] = (120...140 МПа)
Все детали шпоночного соединения изготовлены из стали, условие прочности выполняется.
2) Расчет шпоночного соединения на промежуточном валу (d = 56 мм).
Длину ступицы колеса принимаем:
lст = 1,2 * d = 1,2 * 56 = 67 мм
По ГОСТ 23360-78 (табл.24.32 /7/) выбираем шпонку:
ширина шпонки b = 16 мм;
высота шпонки h = 10 мм;
длина шпонки lшп = lст - (5...10) мм = 67 - 5 = 62 мм;
в соответствии с ГОСТ 23360-78 назначаем lшп = 63 мм.
Рабочая длина шпонки определяется:
lр = lшп - b = 63 - 16 = 47 мм
Выполняем проверочный расчет шпоночного соединения на смятие по формуле 2.5.1.:
см = (4,4 * 803 * 103) / (56 * 10 * 47) = 134 МПа [см] = (120...140 МПа)
Все детали шпоночного соединения изготовлены из стали, условие прочности выполняется.
3) Расчет шпоночного соединения на тихоходном валу (d = 80 мм).
Длину ступицы колеса принимаем:
lст = 1,5 * d = 1,5 * 80 = 130 мм
По ГОСТ 23360-78 (табл.24.32 /7/) выбираем шпонку:
ширина шпонки b = 22 мм;
высота шпонки h = 14 мм;
длина шпонки lшп = lст - (5...10) мм = 130 - 5 = 125 мм;
в соответствии с ГОСТ 23360-78 назначаем lшп = 125 мм.
Рабочая длина шпонки определяется:
lр = lшп - b = 125 - 22 = 103 мм
Выполняем проверочный расчет шпоночного соединения на смятие по формуле 2.5.1.:
см = (4,4 * 3431 * 103)/(80 * 14 * 103) = 134 МПа [см]= (120...140 МПа)
Все детали шпоночного соединения изготовлены из стали, условие прочности выполняется.
4) Расчет шпоночного соединения на между тихоходным валом и соединительной муфтой валу (d = 70 мм).
Длину ступицы колеса принимаем:
lст = 1,5 * d = 1,5 * 70 = 105 мм
По ГОСТ 23360-78 (табл.24.32 /7/) выбираем шпонку:
ширина шпонки b = 20 мм;
высота шпонки h = 12 мм;
длина шпонки lшп = lст - (5...10) мм = 105 - 5 = 100 мм;
в соответствии с ГОСТ 23360-78 назначаем lшп = 100 мм.
Рабочая длина шпонки определяется:
lр = lшп - b = 100 - 22 = 80 мм
Выполняем проверочный расчет шпоночного соединения на смятие по формуле 2.5.1.:
см = (4,4 * 3431 * 103)/(70 * 12 * 80) = 109 МПа [см] = (120...140 МПа)
Все детали шпоночного соединения изготовлены из стали, условие прочности выполняется.
2.6. Подбор подшипников качения.
Основным расчетом для подшипников качения при частоте вращения n 10 мин -1 является расчет на долговечность. Расчетная долговечность (ресурс) выражается в часах и определяется по формуле /6/:
Ln = ( Cr / Pэкв)m * (106 / (60 * n)) [Ln], (2.6.1.)
где n - частота вращения вала , мин -1;
[Ln] - рекомендуемое значение долговечности, ч ([Ln] = 10000 ч);
Pэкв - эквивалентная нагрузка для подшипника, определяется по формуле /6/:
Pэкв = (V * X * FR + Y * Fa) * Кб * Кт , (2.6.2.)
где V - коэффициент вращения, V = 1 - внутреннее кольцо вращается, V = 1,2 - наружное кольцо вращается;
FR - радиальная нагрузка, определяется по формуле /6/:
FR = Rz2 + Rх2 , (2.6.3.)
где Rz и Rх - реакции опор.
Fa - осевая сила;
Х и Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок (/9/);
Кб - коэффициент безопасности (Кб = 1,3...1,5);
Кт - температурный коэффициент, при t 100 Кт = 1;
m - коэффициент тела качения, m = 3 - для шариков; m = 10/3 - для роликов.
Cr - динамическая грузоподъемность подшипника.
1) Подбор подшипников для быстроходного вала.
Реакции опор определяются по формуле 2.6.3.:
Рис. 2.6.1.
FR1 = Rz12 + Rх12 = (856,7)2 + (2561,3)2 = 2700,8 Н
FR2 = Rz22 + Rх22 = (570,3)2 + (1280,7)2 =1402 Н
Назначаем подшипник шариковый радиально-упорный (табл.10. /9/) 36208. Геометрические параметры: d = 40 мм; D = 80 мм; B =18 мм; r = 2 мм; r1 = 1 мм; динамическая грузоподъемность Cr = 38900 Н; статическая грузоподъемность C0r = 23200 Н.
Опора 1.
Fa1 / C0r = 756,9 / 23200 = 0,033 е = 0,34 (по табл. 10.9. /9/)
Fa1 / (V * FR1) = 756,9 / (1 * 2700,8) = 0,28 < е
Выбираем по табл. 10. /9/ при Fa1 / (V * FR1) < е х = 1, y = 0.
Определяем эквивалентную нагрузку по формуле 2.6.2.:
Pэкв1 = (1 * 1 * 2700,8 + 0 * 756,9) * 1,4 * 1 = 3781 Н
Опора 2.
Fa2 = 0; х = 1; у = 0.
Определяем эквивалентную нагрузку по формуле 2.6.2.:
Pэкв2 = (1 * 1 * 1402 + 0 * 0) * 1,4 * 1 = 1962,8 Н
Pэкв1 > Pэкв2 , наиболее нагружен подшипник опоры 1.
Определяем ресурс подшипника в часах по формуле 2.6.1.:
Ln = (38900 / 3781)3 * (106 / (60 * 670)) = 27089,5 ч > [Ln] = 10000 ч
Условие расчета выполняется.
2) Подбор подшипников для промежуточного вала.
Реакции опор FR1 и FR2 определяются по формуле 2.6.3.:
Рис. 2.6.2.
FR1 = Rz12 + Rх12 = (2609,2)2 + (8546,4)2 = 8935,8 Н
FR2 = Rz22 + Rх22 = (5586,8)2 + (13892,1)2 =14973,4 Н
Назначаем подшипник шариковый радиально-упорный (табл.10. /9/) 66410. Геометрические параметры: d = 50 мм; D = 130 мм; B =31 мм; r = 3,5 мм; r1 = 2 мм; динамическая грузоподъемность Cr = 98900 Н; статическая грузоподъемность C0r = 60100 Н.
Опора 1.
Fa1 / C0r = 756,9 / 60100 = 0,013 е = 0,3 (по табл. 10.9. /9/)
Fa1 / (V * FR1) = 756,9 / (1 * 8935,8) = 0,08 < е
Выбираем по табл. 10. /9/ при Fa1 / (V * FR1) < е х = 1, y = 0.
Определяем эквивалентную нагрузку по формуле 2.6.2.:
Pэкв1 = (1 * 1 * 8935,8 + 0 * 756,9) * 1,4 * 1 = 12510 Н
Опора 2.
Fa2 = 0; х = 1; у = 0.
Определяем эквивалентную нагрузку по формуле 2.6.2.:
Pэкв2 = (1 * 1 * 14973,4 + 0 * 0) * 1,4 * 1 = 20962,8 Н
Pэкв2 > Pэкв1 , наиболее нагружен подшипник опоры 2.
Определяем ресурс подшипника в часах по формуле 2.6.1.:
Ln = (98900 / 20962,8)3 * (106 / (60 * 101,5)) = 17243,4 ч > [Ln] = 10000 ч
Условие расчета выполняется.
3) Подбор подшипников для тихоходного вала.
Реакции опор FR1 и FR2 определяются по формуле 2.6.3.:
Рис. 2.6.3.
FR1 = Rz12 + Rх12 = (2178,5)2 + (5985,1)2 = 6369,2 Н
FR2 = Rz22 + Rх22 = (4590,5)2 + (12611,4)2 =13420,9 Н
Назначаем подшипник шариковый радиальный (табл.10. /9/) 116. Геометрические параметры: d = 80 мм; D = 125 мм; B =22 мм; r = 2 мм; динамическая грузоподъемность Cr = 47700 Н; статическая грузоподъемность C0r = 31500 Н.
Опора 1.
Fa = 0; х = 1; у = 0.
Определяем эквивалентную нагрузку по формуле 2.6.2.:
Pэкв1 = (1 * 1 * 6369,2 + 0 * 0) * 1,4 * 1 = 8916,9 Н
Опора 2.
Определяем эквивалентную нагрузку по формуле 2.6.2.:
Pэкв2 = (1 * 1 * 13420,9 + 0 * 0) * 1,4 * 1 = 18789,3 Н
Pэкв2 > Pэкв1 , наиболее нагружен подшипник опоры 2.
Определяем ресурс подшипника в часах по формуле 2.6.1.:
Ln = (47700 / 18789,3)3 * (106 / (60 * 24,2)) = 11268,2 ч > [Ln] = 10000 ч
Условие расчета выполняется.
2.7. Подбор стандартных муфт.
В приводах машин для соединения валов и компенсации их смещений, возникающих в результате неточности изготовления и монтажа используют жесткие или упругие компенсирующие муфты.
Типоразмер муфты выбирается по диаметру вала и величине расчетного крутящего момента с условием:
Тр = К * Тном < [Т], (2.7.1.)
где К - коэффициент динамичности (К = 1,2...1,5);
Тном - крутящий момент на валу;
[Т] - предельное значение момента муфты, Н*м, определяется по ГОСТу.
1) Муфта соединяющая вал двигателя с быстроходным валом редуктора.
Тном = 125,44 Н*м; К = 1,2
Расчетный крутящий момент:
Тр = К * Тном = 1,2 * 125,44 = 150,5 Н*м
Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую (табл. 13.2 /6/), ГОСТ 21424-75.
Характеристика: d = 38 мм; [Т] = 250 Н*м; n = 3800 мин -1.
2) Муфта соединяющая тихоходный вал с барабаном.
Тном = 3431 Н*м; К = 1,2
Расчетный крутящий момент:
Тр = К * Тном = 1,2 * 3431 = 3920 Н*м
Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую (лист 261 /17/), ГОСТ 21424-75.
Характеристика: d = 85 мм; [Т] = 4000 Н*м; n = 1800 мин -1.
2.8. Выбор и расчет тормоза.
По правилам госгортехнадзора тормоз подбирается из каталога по статическому крутящему моменту, создаваемому грузом на тормозном валу, который определяется по формуле /1/:
Мторм = Кт * Мст , (2.8.1.)
где Кт - коэффициент запаса торможения (Кт = 1,5 для режима работы - легкий);
Мст - статический момент при торможении, Н*м.
Статический момент при торможении определяется по формуле /1/:
Мст = (Sмакс * Dб * м) / uм , (2.8.2.)
где Sмакс - максимальное расчетное усилие в ветви каната, Н;
Dб - диаметр барабана, м;
м - общий КПД механизма;
uм - передаточное число механизма.
Мст = (20162 * 0,24 * 0,8) / 63,2 = 61,25 Н*м
Мторм = 1,5 * 61,25 = 91,9 Н*м
По каталогу (табл. 12П. /2/) выбираем тормоз ТКТ-200 с короткоходовым электромагнитом МО-200Б. Табличный момент этого тормоза равен 160 Н*м при ПВ - 40%, у нас же ПВ - 15%. Тормозную ленту для обкладок выбираем типа А (по ГОСТ 1198-78), тормозной шкив - стальное литье.
Определяется необходимая сила трения между колодкой и шкивом по формуле /1/:
Fторм = Мторм / Dт , (2.8.3.)
где Dт - диаметр тормозного шкива (у тормоза ТКТ-200 Dт = 0,2).
Fторм = 91,9 / 0,2 = 459,5 Н
Усилие прижатия колодки к тормозному шкиву определяется по формуле /1/:
N = Fтр / f , (2.8.4.)
где f - коэффициент трения (f = 0,35..0,40; по табл.8. /1/).
N = 459,5 / 0,37 = 1241,9 Н
Проверяем колодки на удельное давление по условию /1/:
р = N / (Bк * Lк), (2.8.5.)
где Bк - рабочая ширина колодки, м (у тормоза ТКТ-200 Bк = 0,095 м по табл. 12П. /2/);
Lк - длина дуги обхвата колодки, м.
Длина дуги колодки при угле обхвата тормозного шкива колодкой = 700 составляет /1/:
Lк = ( * Dт * ) / 360 (2.8.6.)
Lк = (3,14 * 0,2 * 70) / 360 = 0,122 м
р = 1241,9 / (0,095 * 0,122) = 107152,7 Па = 0,11 МПа,
что меньше 0,3 МПа - допускаемого значения для выбранных материалов.