- •Содержание
- •Введение
- •Актуальность темы
- •1. Теоретический обзор
- •1.1 Общие сведения об опорах и элементах корпуса
- •1.2 Выбор метода расчета опор и элементов корпуса
- •2. Разработка сопровождающего программного обеспечения на основе выбранного метода расчета
- •2.2 Алгоритм
- •2.3 Модель программы
- •2.4 Базы данных использующиеся в программе
- •2.5 Выбор среды для вывода чертежей
- •3. Обзор и анализ существующих программных продуктов
- •4. Работа с программой
- •5. Безопасность и экологичность проекта
- •5.1 Организация рабочего места
- •5.2 Анализ потенциальных опасностей
- •Физической природы
- •Психофизиологической природы
- •5.3 Производственная санитария помещения
- •5.3.1 Микроклимат учебного помещения
- •5.3.2 Искусственное освещение
- •5.3.3 Электробезопасность
- •5.3.4 Обеспечение пожарной безопасности
- •5.4 Мероприятия по поддержанию оптимальных параметров безопасности в компьютерном классе
- •6. Оценка технико – экономической эффективности проекта
- •6.1 Расчет затрат на разработку программного продукта
- •6.2 Материальные затраты
- •6.3 Расчет затрат по статье «Расходы на оплату труда»
- •6.3.1 Расчет основной заработной платы
- •6.3.2 Расчет дополнительной заработной платы
- •6.4 Амортизация оборудования
- •6.6. Экономический эффект
- •Приложение а
- •Эскизная компоновка редуктора
- •10. Проверочные расчеты подшипников и валов
- •Расчетная схема валов редуктора
- •Проверочный расчет подшипников
- •Список используемых источников
10. Проверочные расчеты подшипников и валов
Для перехода к следующей стадии проектирования разработке технического проекта, выполняют проверочные расчеты подшипников и валов, предварительно составив расчетные схемы валов редуктора.
Расчетная схема валов редуктора
Для нахождения реакций (см. рис. 2124) в опорах (подшипниках) необходимо:
1. Составить расчетную схему вала в соответствии с выполненной схемой нагружения валов редуктора (см. рис. 1214);
2. Указать исходные данные для расчетов;
а) силовые факторы: силы в зацеплении редукторной пары (на шестерне (червяке) или колесе) , , ; консольные силы: открытой передачи гибкой связью или открытой передачи зацеплением (на шестерне) , , ; муфты (см. рис. 1214);
б) геометрические параметры: расстояние между точками приложения реакций в опорах быстроходного и тихоходного валов lБ, lТ, расстояние между точками приложения консольной силы и реакции смежной опоры lоп (см. рис. 1214); диаметры делительной окружности шестерни (червяка) и колеса d1, d2 (для конической пары d1, d2);
3. Определить опорные реакции предварительно выбранных подшипников вала в вертикальной и горизонтальной плоскостях; составив два уравнения равновесия плоской системы сил для каждой плоскости (см. рис. 2124);
4. Определить суммарные радиальные реакции опор, например Н, где и соответственно реакции в опоре A в горизонтальной и вертикальной плоскостях и т. п.
5. Определить значение изгибающих моментов по участкам, составив уравнения изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях (см. рис. 2124);
6. Построить в масштабе эпюры изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
7. Построить в масштабе эпюру крутящего момента;
8. Определить суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях вала: , Нм, где и соответственно моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
9. Составить схему нагружения подшипников (см. рис. 2124).
Проверочный расчет подшипников
Проверочный расчет предварительно выбранных подшипников выполняется отдельно для быстроходного и тихоходного валов. Сопоставляя расчетную динамическую грузоподъемность , с базовой или базовую долговечность с требуемой , определяют пригодность подшипника.
Подшипник пригоден, при условии:
или .
Базовая динамическая грузоподъемность подшипника это постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник может воспринять при базовой долговечности, составляющей 106 оборотов внутреннего кольца. Значения указаны в табл. П9П13 для каждого типоразмера подшипника.
По ГОСТ 1616285 предусмотрена требуемая долговечность подшипников: для червячных редукторов ; для зубчатых ч.
Расчетная динамическая грузоподъемность и базовая долговечность определяется по зависимостям:
; ,
где эквивалентная динамическая нагрузка, Н; угловая скорость соответствующего вала, с1; m показатель степени ( для шариковых подшипников; для роликовых подшипников); расчетный срок службы привода, ч. (см. п. 4.1).
Эквивалентная динамическая нагрузка учитывает характер и направление действующих на подшипник нагрузок, условия работы и зависит от типа подшипника.
В табл. 29 указаны формулы для определения эквивалентной динамической нагрузки и величины, входящие в эти формулы.
Таблица 29
Определение эквивалентной нагрузки
при ; при . |
||||||
Определяемая величина |
Обозна-чение |
Радиальные шарикопод-шипники |
Радиально-упорные подшипники |
Конические роликовые подшипники |
||
Угол контакта , град |
||||||
12 |
26 |
36 |
||||
Коэффициент радиаль- ной нагрузки |
0,56 |
|||||
Коэффициент осевой нагрузки |
табл. 30 |
|
|
|||
Коэффициент влияния осевого нагружения |
табл. 30 |
|
|
|||
Осевая составляющая радиальной нагрузки подшипников, Н |
|
|
|
|
|
|
Осевая нагрузка подшипников, Н |
определяется отдельно для левого и правого подшипников вала по табл. 34 в зависимости от схемы их установки и соотношению сил , , |
|||||
Радиальная нагрузка подшипника, Н |
суммарная реакция подшипника (см. рис 2124) |
|||||
Осевая сила в зацеплении, Н |
Выбирается по табл. 25, 26 для определения коэффициентов e и Y радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников и осевой нагрузки |
|||||
Статическая грузо- подъемность, Н |
Выбирается из табл. П9П13 для определения коэффициентов e и Y радиальных, радиально-упорных шариковых и роликовых конических подшипников |
|||||
Коэффициент безопасности |
Определяется по табл. 32 в зависимости от характера нагрузки и вида машинного агрегата |
|||||
Температурный коэффициент |
при t 100 C, либо выбирается по табл. 33 для рабочей температуры подшипника свыше 100 C |
|||||
Коэффициент вращения |
при вращающемся внутреннем кольце подшипника |
Примечание 1. Выбор формулы для расчета эквивалентной нагрузки зависит от сравнения отношения с коэффициентом . 2. Значения коэффициентов , , в числителе для однорядных подшипников, в знаменателе для двухрядных (сдвоенных однорядных). 3. Угол конуса для роликовых конических подшипников определяется по табл. П11П13 в зависимости от типоразмера.
* По стандарту нагрузки , , обозначены соответственно , , .
Порядок определения , , для радиальных шариковых однорядных подшипников
В общем случае шариковый радиальный подшипник может воспринимать как радиальную, так и осевую нагрузку (см. рис. 25, а).
В этом случае оба подшипника вала испытывают осевое нагружение , равное осевой силе в зубчатом зацеплении.
Поэтому расчет эквивалентной нагрузки выполняют для подшипника с большей радиальной нагрузкой (см. рис. 21, ).
1. Определяют отношение .
2. Определяют коэффициенты и по отношению (см. табл. 30).
3. Определяют эквивалентную динамическую нагрузку: при , ; при .
4. Определяют динамическую грузоподъемность и фактическую долговечность подшипника.
Таблица 30
Значения коэффициентов e и Y для радиальных
однорядных шарикоподшипников
0,014 |
0,028 |
0,056 |
0,084 |
0,11 |
0,17 |
0,28 |
0,42 |
0,56 |
|
0,19 |
0,22 |
0,26 |
0,28 |
0,30 |
0,34 |
0,38 |
0,42 |
0,44 |
|
2,30 |
1,99 |
1,71 |
1,55 |
1,45 |
1,31 |
1,15 |
1,04 |
1,00 |
Таблица 31
Значения коэффициентов e и Y для
радиально-упорных шарикоподшипников,
0,014 |
0,029 |
0,057 |
0,086 |
0,11 |
0,17 |
0,29 |
0,43 |
0,57 |
|
0,30 |
0,34 |
0,37 |
0,41 |
0,45 |
0,48 |
0,52 |
0,54 |
0,54 |
|
Примечания: 1. число рядов тел качения, для однорядных подшипников; для двухрядных (сдвоенных) подшипников. 2. Коэффициент в числителе для однорядных подшипников, в знаменателе для двухрядных.
Таблица 32
Значения коэффициента безопасности и
требуемой долговечности подшипников
Машина, оборудование и характер нагрузки |
||
Спокойная нагрузка (без толков): ленточные транспортеры, работающие под крышей при непылящем грузе, блоки грузоподъемных машин |
11,1 |
(38)103 |
Легкие толчки. Кратковременные перегрузки до 125 % от расчетной нагрузки:
металлорежущие станки, элеваторы, внутрицеховые конвейеры, редукторы со шлифованными зубьями, краны электрические, работающие в легком режиме, вентиляторы; |
1,11,2 |
(812)103 |
машины для односменной работы, эксплуатирумые не всегда с полной нагрузкой, стационарные электродвигатели, редукторы |
1,21,3 |
(1025)103 |
Умеренные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки до 150 % от расчетной нагрузки: редукторы с фрезерованными зубьями 7-й степени точности, краны электрические, работающие в среднем режиме |
1,31,4 |
(2030)103 |
шлифовальные, строгальные и долбежные станки, центрифуги и сепараторы, зубчатые приводы 8-й степени точности, винтовые конвейеры, краны электрические |
1,51,7 |
(4050)103 |
Значительные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки до 200 % от расчетной нагрузки: ковочные машины, галтовочные барабаны, зубчатые приводы 9-й степени точности |
1,72 |
(60100)103 |
Таблица 33
Значения температурного коэффициента
Рабочая температура подшипника, С, до |
100 |
125 |
150 |
175 |
200 |
225 |
250 |
1,0 |
1,05 |
1,1 |
1,15 |
1,25 |
1,35 |
1,4 |
Рис. 25. Способы нагружения подшипников: а радиальные шариковые,
установленные враспор; б роликовые конические, установленные
враспор; в радиально-упорные шариковые установленные враспор;
г роликовые конические, установленные врастяжку
Рис. 25. Окончание
Порядок определения , , для радиально-упорных шариковых и роликовых однорядных подшипников (см. рис. 25, б, в, г).
В этих схемах каждый подшипник вала испытывает свою осевую нагрузку , , которая зависит от схемы установки подшипников, соотношения осевой силы в зацеплении редукторной пары и осевых составляющих радиальных нагрузок в подшипниках и (см. табл. 34). Поэтому эквивалентную динамическую нагрузку рассчитывают для каждого подшипника (, ) для выявления наиболее нагруженной опоры.
1. По соотношению , приняв определяют коэффициент осевого нагружения e (см. табл. 31, П12, П13).
2. Определяют осевые составляющие радиальной нагрузки и (см. табл. 29).
3. Определяют осевые нагрузки подшипников, (см. табл. 34).
4. Вычисляют отношение и .
5. По результатам сопоставлений , выбирают требуемую формулу для определения динамической нагрузки , (см табл. 34).
6. Определяют наиболее нагруженный подшипник по наибольшему значению эквивалентной нагрузки .
7. Рассчитывают динамическую грузоподъемность и долговечность по .
8. Определяют пригодность подшипника по условию и ,
где L заданный срок службы привода в часах.
Порядок определения , , для радиально-упорных шариковых и роликовых двухрядных (сдвоенных однорядных) подшипников фиксирующих опор (см. рис. П14.13, П14.15П14.17 Осевое фиксирование вала выполняют в одной опоре двумя подшипниками)
При такой установке подшипников даже небольшие осевые силы значительно влияют на значение эквивалентной нагрузки .
Для определения динамической грузоподъемности и долговечности фиксирующей опоры, состоящей из сдвоенных однорядных радиально-упорных подшипников, установленных враспор или врастяжку, пару одинаковых подшипников рассматривают как один двухрядный радиально-упорный подшипник.
1. Вычисляют отношение , где осевая сила в зацеплении.
2. Определяют коэффициент влияния осевого нагружения e (шариковых подшипников см. табл. 31, роликовых табл. П12, П13).
3. Анализируют соотношение и по табл. 29 выбирают соответствующую формулу для определения эквивалентной нагрузки :
a) если , то у сдвоенного подшипника работают оба ряда тел качения и рассчитывают по характеристикам (X, Y) двухрядного радиальноупорного подшипника (см. табл. 29). При этом реакция (радиальная нагрузка на подшипник) приложена посередине сдвоенного подшипника.
Базовая динамическая грузоподъемность сдвоенного подшипника определяется выражением:
для шариковых ;
для роликовых ;
где базовая (табличная) грузоподъемность однорядного подшипника.
б) Если , то у подшипника работает только один ряд тел качения и рассчитывают по характеристикам (X, Y) однорядного радиально-упорного подшипника. В этом случае точка изложения реакции смещается на величину а (см. рис. 26):
для двухрядных радиально-упорных шариковых подшипников ;
для двухрядных конических роликовых подшипников .
Поэтому, прежде чем определять , необходимо пересчитать реакции в опорах и по фактическому расстоянию между точками приложения реакций в фиксирующей и плавающей опорах (см. рис. 26):
при установке подшипников фиксирующей опоры враспор (широкими торцами внешних колец наружу);
при установке подшипников фиксирующей опоры врастяжку (широкими торцами внешних колец внутрь).
4. Определяют эквивалентную динамическую нагрузку .
5. Рассчитывают динамическую грузоподъемность и долговечность двухрядного радиально-упорного подшипника.
6. Выявляют пригодность сдвоенных радиально-упорных подшипников фиксирующей опоры по условию:
.
Рис. 26. Установка подшипников по схеме 2: нижняя опора фиксирующая на двух конических роликоподшипниках; верхняя плавающая (радиальный шарикоподшипник); расстояние между точками приложения реакций, когда у сдвоенного подшипника работает один ряд тел качения; работают оба ряда
Определение пригодности подшипников
Если в результате расчетов выполняется условие и , то предварительно выбранные подшипники пригодны для конструирования подшипниковых узлов. Невыполнение этих условий возможно в двух случаях:
1. Расчетная динамическая грузоподъемность много меньше базовой ().
В этом случае следует перейти: на более легкую серию, например, среднюю серию заменить легкой или особо легкой серией данного типа подшипника; либо на другой менее грузоподъемный тип подшипника, например, радиально-упорные шариковые заменить на радиальные шарикоподшипники или роликовые конические на радиально-упорные шариковые. При этом диаметры и ступеней валов под подшипники уменьшать не следует, так как они определены из расчета на прочность.
2. Расчетная динамическая грузоподъемность больше базовой ().
В этом случае рекомендуется увеличить базовую динамическую грузоподъемность:
Заменить легкую на среднюю или тяжелую серию данного типа подшипника, не изменяя диаметры и ступеней валов под подшипники;
Поменять данный тип подшипника на более грузоподъемный (вместо шариковых принять роликовые подшипники);
Увеличить диаметры и под подшипники, но это приведет к изменению размеров других ступеней вала.
Предлагаемые рекомендации не исчерпывают всех возможных вариантов получения удовлетворительных значений и зависят от конкретных условий нагружения подшипников.
Составление схемы нагружения подшипников
После окончательного подбора типоразмера подшипников валов в редукторе, проверочных расчетов валов на прочность, составляют схему нагружения подшипников, которую размещают под эпюрой крутящего момента в расчетной схеме вала.
На схеме нагружения указывают направление и величину осевых , и радиальных нагрузок каждого подшипника, осевую силу в зацеплении , угол контакта для радиально-упорных подшипников и типоразмер подшипника. Примеры схем нагружения при различных установках и типоразмерах подшипников приведены на рис. 2124.