Расчет привода электрической лебедки

Вычисляем величину опорных реакций:

, Н;

    1852,7 Н.

, Н;

   2205,6 Н.

, Н;

    – 156 Н.

, Н;    2661,2 Н.

Выполняем проверку по уравнениям равновесия:     

–205,6 + 2205,6 – 4661,2 + 2661,2 = 0;

1852,7 – 1696,7 – 156 = 0.

Определяем  величину изгибающих моментов в характерних сечениях вала:

Вертикальная  площадь:

M_XN = 0 Н·м;

M_XC = 0 Н·м;

M_XD = 0 Н·м;

, Н·м;

   14,6 Н·м;

, Н·м;

   173,7 Н·м.

Горизонтальная  площадь:

M_YN = 0 Н·м;

, Н·м;   

206,7 Н·м;

M_YD = 0 Н·м;

, Н·м;

     – 23,4 Н·м.

 

Определяем  величину крутячих моментов:

M_K = M_Z = , Н·м;

   M_K = M_Z = = 745,79 Н·м.

  Строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и эпюру крутящих моментов. Эпюра изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и эпюра крутящих моментов приводится на рисунке 1.8

Рисунок 1.8 - Эпюра изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и эпюра крутящих моментов

Определяем  суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях:

.

Сечение в точке О₂ под колесо:

, Н·м, 

  где:    , Н·м;

    Н·м;

 

260,8 Н·м.

Сечение в точке С под подшипник:

, Н·м;

  

23,4 Н·м.

Определяем  геометрические характеристики поперечных сечений для быстроходного вала:

W – осевой момент сопротивления поперечного сечения, мм³ [3]:

Для сечения под подшипник:

W = 0,1 · d³, мм³,

где:    d – диаметр вала в опасном сечении, d=40мм;

W = 0,1 · 40³ = 6400 мм³.

Для сечения  вал-червяк:

, мм³,

где d_f1 - диаметр впадин витков червяка, d_f1 = 76 мм;

= 43074,5 мм³.

W_р – полярный момент сопротивления, мм³ [3]:

Для сечения под подшипник:   

W_p = 0,2 · d³, мм³;

W_p = 0,2 · 40³ = 12800 мм³.

Для сечения  вал-червяк:      

 мм³;

= 86149 мм³.

 

Определяем  амплитудные значения напряжений:

σ_а – амплитуда нормальных напружений, МПа [3]:

, МПа,

где: М_изг – максимальний изгибающий момент в опасном сечении, М_изг=762,8Нм;

 МПа.

τ_а – амплитуда касательных напряжений, МПа [3]:

 

 

, МПа,

где:    W_р – полярний момент сопротивления в опасном сечении, мм³, W_р=86149 мм³;

 МПа.

Определяем  коэффициенты концентрации напряжений детали:

(К_σ)_D – коэффициент концентрации нормальных напряжений [3]:

,

где:    К_d – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения                 

деталей [9],  К_d = 0,67;

         К_σ – эффективный коэффициент концентрации напряжений [9], К_σ = 2,15;

К_F – коэффициент влияния шероховатости [9], К_F = 1,5;

К_Y – коэффициент влияния укрепления [9],  К_Y = 1,1;

3,4.

(К_τ)_D – коэффициент концентрации касательных напряжений [3]:

,

где:    К_τ – эффективный коэффициент концентрации напряжений [9], К_τ = 2,05;

3,2.

Определяем пределы выносливости деталей:

(σ_-1)_D – предел выносливости детали по нормальным напряжением, МПа:

, МПа,  

где:    σ_-1 – предел выносливости материала по нормальным напряжением, МПа, σ_-1=420 МПа;

 МПа.

(τ_-1)_D – предел выносливости детали по касательным напряжениям, МПа:

, МПа,

где:    τ_-1 – предел выносливости материала по касательным напряжениям, МПа, τ_-1=750 МПа;

 МПа.

 

 

Определяем  коэффициент запаса прочности [3]:

,   [S] = 2,1,

где:    S_σ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям [3]:

,    

6,9;

         S_τ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям [3]:

;

710;

.

Условие S ≥ [S] выполняется.

Определяем  геометрические характеристики поперечных сечений для тихоходного вала:

W – осевой момент сопротивления поперечного сечения, мм³ [3]:

Для сечения под подшипник:

W = 0,1 · d³, мм³,

где:    d – диаметр вала в опасном сечении, d=65мм;

W = 0,1 · 65³ = 27462,5 мм³.

Для сечения под колесо:

, мм³,

где:    b, t₁ – размеры шпоночного паза [9];

         b = 20 мм;

          t₁ = 7,5 мм;

 мм³.

W_р – полярный момент опоры, мм³ [3]:

Для сечения под подшипник:   

W_p = 0,2 · d³, мм³;

W_p = 0,2 · 65³ = 54925 мм³.

Для сечения под колесо: 

, мм³;

 мм^3.

 

Определяем  амплитудные значения напряжений:

σ_а – амплитуда нормальных напружений, МПа [3]:

, МПа,

где:   М_изг – максимальний изгибающий момент в опасном сечении, М_изг=37632 Нм;

 МПа.

τ_а – амплитуда касательных напряжений, МПа [3]:

, МПа,

где:    W_р – полярний момент сопротивления в опасном сечении, мм³, W_р=79819 Нм;

 МПа.

Определяем  коэффициенты концентрации напряжений детали:

(К_σ)_D – коэффициент концентрации нормальных напряжений [3]:

,

где:    К_d – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения                 

деталей [9], К_d = 0,67;

         К_σ – эффективный коэффициент концентрации напряжений [9], К_σ = 2,15;

К_F – коэффициент влияния шероховатости [9], К_F = 1,5;

К_Y – коэффициент влияния укрепления [9], К_Y = 1,1;

3,4.

(К_τ)_D – коэффициент концентрации касательных напряжений [3]:

,

где:    К_τ – эффективный коэффициент концентрации напряжений [9], К_τ = 2,05;

3,2.

Определяем пределы выносливости деталей:

(σ_-1)_D – предел выносливости детали по нормальным напряжением, МПа;

, МПа,  

где:    σ_-1 – предел выносливости материала по нормальным напряжением, МПа;

 МПа.

 

(τ_-1)_D – предел выносливости детали по касательным напряжениям, МПа;

, МПа,

где:    τ_-1 – предел выносливости материала по касательным напряжениям, МПа;

 МПа.

Определяем  коэффициент запаса прочности [3]:

,   [S] = 2,1;

где:    S_σ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям [3]:

; 

17,9,

         S_τ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям [3]:

;    

49,85;

;

Условие S ≥ [S] выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Выбор смазочных материалов червячного редуктора

Червячные передачи смазываются погружением  в масло. Наименьший уровень масла  выбирают таким, чтобы зубец колеса был погружен в масло на высоту модуля зацепления:

0,25 · d₂ ≥ h_м ≥ m;     

0,25 · 320 = 80 ≥ h_м ≥ 10;

Принимаем h_м = 30 мм.

Вязкость  масла выбирают в зависимости  от окружной скорости колес и значения контактного напряжения. Предварительно подсчитываем кинематическую вязкость масла:

, мм²/с;

    

мм²/с.

Принимаем величину кинематической вязкости [9]:

Кинематическая  вязкость V_40˚ = 95 мм²/с;

Назначаем марку масла [9]:

Масло ИТД – 100 (ТУ 38 – 101413 – 78)

Определяем необходимое количество масла:

V = (0,4…0,8) · Р₂, л,

где:    Р₂ – мощность на тихоходном валу, кВт, Р₂=2,98 кВт;  

V = 0,8 · 2,98 = 2,38 л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Тепловой расчет редуктора

Определяем  температуру масла в корпусе  червячной передачи без искусственного охлаждения [1]:

, град,

где:  Р₁ – мощность на быстроходном валу редуктора, кВт;

К_t – коэффициент теплопередачи, К_t = 10 Вт/(м² · град);

А – площадь поверхности корпуса редуктора [9], А = 0,8 м²;

t_В = 20˚С – температура воздуха;

[t_М] = 80˚С – допустимая температура масла в редукторе;

118˚.

Условие теплового расчета t_M < [t_M] не выполняется.

Определяем  температуру масла в корпусе  червячной передачи с искусственным  охлаждением (с вентилированием):

К_t  – коэффициент теплопередачи, К_t = 18 Вт/(м² · град);

75^о.

Размеры корпуса редуктора удовлетворяют  условию t_M < [t_M].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            11 Расчет муфт 
         11.1 Подбор и проверочный расчет упругой муфты

Для соединения тихоходного вала редуктора с  валом рабочей машины выбираем Муфта упругая втулочно-пальцевая 2000-I-63-I-У2 по ГОСТ 21424-75;

d=63мм;

Т=745,79Нм.

        Определяем расчетный момент, который передает муфта [1]:

Т_р = К_р · Т₂ ≤ [Т], Н·м

где:    Т₂ – крутящий момент на соответствующем валу редуктора, Н·м;

[Т] – максимальный крутящий момент, который может передавать муфта,      Н·м;

К_р – коэффициент режима нагрузки [9], К_р = 2;

Т_р = 2 · 745,79 = 1491,6 Н·м.

Параметры муфты сводим в таблицу 1.6

Таблица 1.6 - Параметры муфты

Момент, Т, Н·м	Угловая скорость, ω, с-1, не более	Отверстие			Габаритные размеры			Смещение осей валов, не более
		d, мм	Lцил., мм	Lкон, мм	Lцил, мм	Lкон, мм	D, мм	Радиальные, Δr	угловое, Δγ	Осевое, Δа
2000	240	63	105	72	218	250	46	0,4	10

 

     Упругие элементы проверяют на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами:

;

где: z – число пальцев, z= 10;

        d – диаметр пальца, d = 24 мм;

       l – длина упругого элемента, l= 44 мм;

       D – диаметр окружности расположения центров пальцев, D= 184 мм;