Методика конструирования узлов и деталей винтового подъемника

где NF0 = 4×106 циклов - базовое число циклов при достаточно - изгибном загружении.

Количество циклов нагружения изгибными нагрузками шестерни и колеса соответственно:

NF1 = NH1 =13,44×106 циклов;

NF2 = NH2 =3,6×106 циклов.

КFL1 = = 0,886;

КFL2 = = 0,915.

С учетом коэффициента реверсивности  КFC = 0,8;

[s]F1 = 294×1×0,8 = 235 МПа;

[s]F2 = 256×1,01×0,8 = 207 МПа.

При НВ<350 (улучшение) принимаем КFL1 = 1 (по условию 1£ КFL£2,08 [3;c.34]).

Проектирование конической зубчатой передачи

Проектировочный расчет конической зубчатой передачи начинают с определения  внешнего делительного диаметра колеса:

dе2 ³ 1,65×104× ;

где u = 1,4 - передаточное число;

КHb- коэффициент концентрации нагрузки по контактным напряжениям (таблица п4.1)[3;c.45].

При значении коэффициента ширины зубчатого  венца по делительному диаметру yd = 0,166 = = 0,285 и консольном расположении шестерни относительно опор (опоры - роликоподшибники, НВ<350):

КHb = = 1,12;

VH - коэффициент нагрузочной способности  конической передачи по контактным  напряжениям (прямозубая передача).

d е2³ 1,65×104× = 135 мм.

Углы делительных конусов:

для колеса d2 = arctg u = arctg 4 = 7;

для шестерни d1 = 90 - d2 = 83о.

Конусное расстояние определим  по формуле:

Rе = 74 мм.

b =0,285×Rc = 30 мм - ширина колес.

Внешний торцевой модуль определим  из соотношения:

,

где vF -коэффициент нагрузочной способности,

КFb - коэффициент неравномерности изгибных напряжений по длине зуба, принимаем по таблице 4.6 [3;c.53].

При консольном расположении шестерни (опоры - роликоподшипники НВ<350);

ja = 0612       КFb = ;

vF = 0,85 - для прямозубой передачи.

.

Расчет числа зубьев:

-для колеса z2 =  = = 86,7 = 87;

- для шестерни z1 =  = = 22.

Фактическое передаточное число определим  по формуле:

uф = 3,95 (4.9)

Отклонение от заданного u:

% = 125%.

Отклонение от заданного не должно превышать 4%; 1,25<4%.

Окончательные делительные диаметры колес:

dе1 =  me z1 = 1,5× 22 = 35;

dе2 = me z2 = 1,5 × 87 = 130.

dm1 = ; Внешние диаметры колес ;

daе2= dе2 +2(1+ Xе2)  me cosδ2 ;

daе1 = dе1+2(1+Xе1)  me cosδ1 ,

где Xе1 - коэффициент смещения инструмента  при нарезании конической шестерни, таблица 5.2 [3;c.62].

Xе1 = 0,41; Xе2 = -Xе1 = - 0,41;

daе1= 35 +2(1+ 0,41)×1,5×cos15,480 =38 мм;

daе2= dе2 +2(1+ Xе2)  me cosδ2 =135 мм.

Силы в зацеплении

Средние делительные диаметры определим  по формулам:

dm1 = 0,875de1 = 0,857·35 = 30 мм;

dm2 = 0,875de2 = 0,857·130 = 112 мм.

Тангенциальные силы на шестерне найдем по формуле:

Ft1 = Н;

Ft1 = Ft2 = 533 Н.

Осевая сила на шестерне находится  по формуле:

Fа1 = Ft1 · tgα · sinδ1 = 53 Н, Fа1 = Fr2 = 53 Н.

Радиальная сила на шестерне и осевая на колесе определим по формуле:

Fr1 = Fа1 · tgα · cosδ1 = 186 Н.

Степень точности определим через  окружную скорость:

V = 0,5ω2 dm2 = 0,57×1,66·0,146 = 0,12 м/с.

По таблице 4.4 назначаем 9ю степень  точности [3;c.50].

Проверка зубьев по напряжениям  изгиба

Расчетное напряжение изгиба в зубьях колеса находится по формуле:

sF2 = £ [s]F2,

где =1,39 [3;c.54];

- коэффициент динамичности по  изгибным напряжениям (при 9й  степени точности, НВ<350 и окружной скорости 0,12 м/с =1,13 таблица 4.7 [3;c.54]);

= 3,67 – коэффициент формы зуба  колеса, таблица 4.8 [3;c.54]).

При эквивалентном числе зубьев:

ZV2 = ;  Xe2 = -0,41.

sF2 = = 57×106 Па = 57МПа £ [s]F2 = 207 МПа.

Расчетное изгибное напряжение в зубьях шестерни найдем по формуле:

sF1 = £ [s]F1;

При ZV1 = ;  Xe1 = 0,41 по таблице 4.8 принимаем = 3,49;

sF1 =  = 80МПа £ [s]F1.

Проверка зубьев колеса по контактным напряжениям

Расчетное контактное напряжение в  зубьях колеса:

;

где =1,195 [3;c.55];

- коэффициент динамичности нагрузки  по контактным напряжениям (при  9й степени точности, НВ<350 и окружной скорости 0,12 м/с =1,05 таблица 4.9 [3;c.55]);

VH = 0,85; T2 = 30 Нм; de2 = 0,135;

= = 0,7 – удовлетворяет условию для нормальной работы передачи. Точность по контактным напряжениям обеспечена.

 

Проектирование редуктора

Ориентировочный расчет ведомого вала

Диаметр вала определим по формуле:

,

где Т2 = 30 Нм.

1,5·10-2 = 15 мм.

dБП ³ dп + 3,2r = 22 мм,

где r – радиус гантели.

Предварительный расчет тихоходных валов

Бурт под колесо – 23 мм;

Шейка под зубчатое колесо – 18 мм;

Выходной конец вала – 10 мм.

Определение размеров зубчатых колес.

dСТ ³ 1,6dв = 54 мм.

Толщина обода: δа = (3…4,0)min = 5 мм.

Толщина диска: С = (0,1…0,17)Re = 7 мм.

Внутренний диаметр обода: D0 » doe – 2b = 110 мм.

Диаметр центровой окружности: Dотв = 0,5(D0 + dст) = 80 мм.

Толщина стенки корпуса » 6мм.

Расчет валов на прочность

Расчет винта на совместное действие изгиба и кручения

Вращающий момент на быстроходном валу редуктора Т1 = 103 Нм.

Ft1 = Ft2 = 533 Н;   Fа1 = Fr2  = 53 Н;   Fr1 = Fа2  = 186 Н.

Допускаемое напряжение изгиба при  систематическом цикле напряжений определяется по формуле:

[sи]-1 = {s-1/([h]×Ks)}Kри,

где s-1 – предел выносливости;

Ks = 1,2 - эффективный коэффициент запаса прочности для опасного сечения;

Kри = 1 – коэффициент ретиманагрузки при расчете на изгиб.

s-1 = 0,35 · sв + 70 [5;c.9];

t-1 = 0,25 × sв;

s-1 = 0,35 · 850 + 70 = 367;

t-1 = 0,25 × 550 = 212;

[sи]-1 = {367/3·2}1 = 100 МПа.

Быстроходный вал

Составляем расчетную схему  вала. Строим эпюры изгибающих моментов в вертикальной плоскости xoy.

Ft1 = 533 Н;   Fа1 = 53 Н;   Fr1 = 186 Н;

SM(В) = - RCX × 0,02 - Ft1 × 0,015 = 0;

RCX = - 399 Н (меняем знак);

МизгХ(С) = RCX·0 = 0;

МизХ(В) = RCX·0,022 = 8,78 Нм;

RВX = 896Н.

Проверяем: RВX - - RCX = 0.

Рассмотрим zoy:

SM(C) = - RBz × 0,022 – Fr × 0,037 + Fa – 0,02 = 0;

RВz = 363Н;

SM(B) = - RCz × 0,022 – Fr × 0,015 + Fa × 0,022 = 0;

RCz = 80 Н.

Миз(C) = 0;     Миз(В) = RCz·0,022 = 24 Нм;

Миз(А) = RА·0,021- RВz·0,015+ RСz·0,037 =

= 53·0,021- 363·0,015 + 80·0,037 = -1,5нм;

Проверяем: Fr - RВz - RCz = 0;     Т1 = 8 Нм.

Построим эпюры крутящих и изгибающих моментов (рисунок6.1).

Вычислим наибольшее напряжение изгиба и кручения для опасного сечения:

Для шестерни

Рисунок 6.1

 

 

Для тихоходного вала

Рисунок 6.2

 

 

Суммарный изгибающий момент:

Миз = = = 9,2 НМ;

;

.

Определим эквивалентные напряжения по энергетической теории прочности:

sэкв = ;

sэкв = = 37,5 МПа < 100МПа.

Прочность  в сечении обеспечена.

Тихоходный вал

Ft2 = 533 Н;   Fа2 = 186 Н;   Fr1 = 53 Н;

Raz = Rcz – Fr = 0;

M(А) = - Fr × 0,047 – Fa × 0,04 + Rcz × 0,07 = 0;

RCz = 142 Н;

M(С) = Fr × 0,022 – Fa × 0,04 - RАz × 0,07 = 0;

RАz = 71,4 Н;

Миз(А) = Миз(С) = 0;

Миз(С) = - RАz·0,047=  - 71,4·0,047 = -3,384 Нм.

В плоскости zox:

МX(С) = RАX·0,07 + Ft2 ·0,02 = 0;

RАX = 1674 Н;

M(B) = Ra X× 0,047 = 167 × 0,048 = 8 Нм;

M(А) = - Ft× 0,047 = RC X× 0,07 = 0;

RCX = 357 Н.

Встроим опору крутящих моментов Т2 =30 Нм от середины ступицы зубчатого колеса.

Вычислим наибольшее напряжение изгиба и кручения для опасных сечений. Сечение В ослаблено шпоночным пазом.

Определим геометрические характеристики сечения:

- осевой момент сопротивления  Wи = 0,1d3 - = 2×10-6 м3;

- полярный момент сопротивления  Wк = 0,2d3 - = 4,3×10-6 м3;

МизS = = 12,8 Нм;

;

sэкв = = 14 МПа < 100МПа = [s]-1.

Уточненный расчет валов на усталостную  прочность

Определим запас усталостной прочности  ведомого вала в сечении В. В этом сечении имеет место концентрация напряжений.

Момент в сечении В:

Миз = = 12,8 Нм;

По таблице 2 [4;c.20]:

Wи = 2×10-6 м3;

Wи = 4,3×10-6 м3.

Определим нормальные напряжения:

sи = sа = Mиз / Wи = 6,13 МПа.

Напряжение кручения:

tк = Т2 / Wк = 7,5 МПа.

При отнулевом цикле амплитуда изменения касательных напряжений:

tа = tm = tк/2 = 4 МПа.

sВ = 700 МПа.

Кs/Еs = 2,8.

Для касательных напряжений :

ys = 0,2;  yt = 0,1 (таблица 3 {4;c.21]).

Коэффициент запаса прочности найдем по формулам:

ns = s-1/(Ks · sa / Es + ys×sm);

nt = t-1/(Kt · ta / Et + yt×tm);

 

sm = = = 0,71 МПа.

ns = = 21,2;

nt = = 9,37.

Коэффициент запаса прочности определим  по формуле:

n = = = 8,5

8,5 > 2, следовательно усталостная прочность вала в сечении В обеспечена.

 

Подбор подшипников

 Проверяем пригодность роликоподшипников  конических однорядных по ГОСТ 333-79, условное обозначение – 7202.

Проверим пригодность подшипника по [8;c.103]:

Fa = 186 Н;   КБ = 1,3;   КТ = 1.

RCХ = 142 Н;   RCy = 357 Н;

RХА = 72 Н;   RYA = 167 Н.

Rrc = = 384 Н;

RrА = = 182 Н;

Rr1 = 384 Н;

Rr2 = 182 Н;

RS1 = 0,83·0,45×384 = 143 Н;

RS2 = 0,83·0,45×182 = 68 Н;

Rа1 = RS1;   Rа2 = Rа1 + Fa = 143 + 186 = 329 Н;

= = 0,37 < ;

= = 2,1 < ;  x = 0,4; y = 1,6;

Re1 = V·x×3·Rr1×Кб·Кт = 1×1×384×1,3×1 = 500 Н;

Re2 = (V·x×3·Rr1 + y· Rа2)Кб·Кт = (1×0,4 ×182 + 1,6×329) ×1,3  = 778 Н.

Расчетная долговечность опоры:

Lioah = Q23 = 5400 часов.

Подшипники пригодны для заданного  режима работы.

Смазка подшипников, винта и  др. трущихся поверхностей осуществляется пластичным смазочным материалом типа солидол жировой, с помощью пресс  – масленки.

Технологический процесс  изготовления

Маршрутная технология

Часть производственного процесса, непосредственно связанная с  постепенным превращением заготовок  в готовое изделие, технологический  процесс, включает в себя все виды обработки механическую и сборку.

Технологический процесс разделяется  по степени унификации; единичный, групповой, по детализации описания; с маршрутными, маршрутно-операционным описанием.

Единичный технологический процесс - изготовление или ремонт единичных  изделий независимо от типа производства.

Типовой - процесс изготовления группы изделий с общими технологическими признаками.

Групповой - процесс изготовления группы изделий с различными коструктивными, по общим технологическим признакам.

Маршрутно-оперативное описание - сокращенное описание технологических  операций в маршрутной карте, в последовательности их выполнения, с последовательным описанием отдельных операций в других технологических документациях.

Маршрутное описание - сокращенное  описание всех технологических операций, в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указаний переходов.

 Операционное описание - последовательное  описание всех технологических  операций в порядке их выполнения  с указанием переходов и технологических  режимов.

Разрабатывая технологический  процесс обработки детали необходимо выполнить следующие условия;

- наметить базовые поверхности,  которые должны быть обработаны  в самом начале процесса;

- выполнить операции черновой  обработки при которых снимают небольшие слои металла, что позволяет сразу выявить дефекты заготовки и освободиться  от внутренних напряжений вызывающих деформацию;

- первым следует обрабатывать  те поверхности, которые требуют  высокой точности качества;

- при выборе технологических  баз следует стремиться к соблюдению  основных принципов базирования  - совмещение и постоянство баз;

- необходимо учитывать на каких стадиях технологического процесса целесообразно производить механическую обработку в зависимости от требований чертежа;

- отдельные операции следует  выполнить к концу технологического  процесса обработки, за исключением  тех случаев, когда поверхности  служат базой для последующих  операций.

При разработке технологической операции необходимо особое внимание уделять  выбору баз для обеспечения точности обработки деталей и выполнение технических требований чертежа.

При выборе баз необходимо принимать  поверхности, не подлежащие обработке, а если деталь имеет несколько  таких поверхностей, то за базу  надо принимать ту из них, которая должна иметь наименьшее смещение относительно своей оси, или быть с наименьшим припуском на обработку.

При выборе баз необходимо принимать  поверхности, от которых дан размер на чертеже, определяющих положение  обрабатываемой поверхности. Базы должны обеспечить отсутствие не допускаемых  деформаций детали, так же простоту конструкции станочного приспособления с удобством установки, креплением и снятием обрабатываемой детали.

В маршрутной технологии в процессе обработке предусматривают контроль с целью обеспечения заданных параметров качества обработанной детали.

Рисунок 8.1

 

 

 Таблица 8.1                        Требования к поверхностям детали

 

Данные о поверхности				Механическая обработка
Наименование формы пов-ти	Основные размеры	Поле допуска, Мкм	Шероховатость поверхности
Цилиндрическая наружная	Æ10 ℓ=10	13	Ra = 0,8	Многократное точение шлифование
Внешняя наружная	Æ12 ℓ=500	18	Ra = 12,5	Точение многократное шлифование
Цилиндрическая наружная	Æ10 ℓ=15	13	Ra = 0,8	Многократное точение шлифование
Шпоночный паз	ℓ=15	52	Ra = 3,2	Фрезерование

 

Винт имеет 3 вида поверхности. Две  из них работают в паре С подшипниками скольжения. Несоосность  поверхности 5мкм, шероховатость 0,8 мкм, допуск  мм. Поэтому назначаем многократное точение и шлифование. Резьба с высокими требованиями к точности изготовления, поэтому  она многократно обрабатывается точением и шлифованием.

Технолог устанавливает объект контроля и его место, обращая  внимание на операции, при которых  точность обеспечивается наиболее трудно.

Отразим необходимые операции по изготовлению винта в маршрутной технологии обработки.

Операция 010 .Заготовительная .

Данная операция предназначена  для отрезки заготовки от цельного прутка проката. Отмеряем длину с  помощью линейки с точностью  до 1мм , на ножовочном станке.

Операция 020. Токарная .

Операция предназначена для  обработки торцов и центрирования.

Выполнение операции на токарном станке 16к20. Центрируем деталь сверлом по ГОСТ 401-77.

Операция 030. Токарная.