Выбор способа соединения редуктора

с барабаном и расчёт оси барабана

 

Соединение вала барабана с выходным валом редуктора может производиться при помощи зубчатых муфт, допускающих значительную несоосность соединяемых валов. Эти муфты характеризуются высокой надёжностью, но имеют большие габариты. Поэтому в современных конструкциях механизмов подъёма мостовых кранов для обеспечения компактности широко применяются специальное зубчатое соединение. В этом случае конец тихоходного вала редуктора выполняются в виде зубчатого венца, входящего в зацепление с другим венцом, укрепленным непосредственно на барабане. При таком соединении крутящий момент передаётся через болты, соединяющие венец-ступицу с обечайкой барабана, и следовательно, ось барабана работает только на изгиб, поскольку не передаёт крутящий момент.

Проверочный расчёт оси барабана на усталостную прочность производиться в следующем порядке:

- построение схемы загрузки вала;

- определение реакций опор;

- построение эпюры изгибающих моментов;

- определение опасных сечений;

- определение амплитудных значений в опасных сечений;

- определение диаметров валов в опасных сечениях;

- определение коэффициента снижения предела выносливости;

Для предварительного расчёта длину оси барабана можно принять равной l = L_б + (150…..200) мм. Нагрузка на барабан создаётся усилиями двух ветвей каната - 2 Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях от опор (предварительно можно принять l₁= 120 мм, l₂ = 200 мм), нагрузки на ступицы также не будут одинаковыми. С достаточной для предварительного расчёта точностью можно принять

 

 

T ₁= 0,55 ; T₂ = 0,45 . (10)

Расчёт оси барабана сводится к определению диаметров правой ступицы () и цапфы ( из условия работы оси на выносливость при симметричном цикле изменения напряжений.

 

= М / (10² W) ≤ [ , МПа, (11)

 

где М – изгибающий момент в расчётном сечении, Нсм;

W – момент сопротивления расчётного сечения, см³;

[ -допускаемое напряжение на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений.

Материалом для оси барабана служит сталь 45 с пределом выносливости = 260 МПа. Допускаемое напряжения на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений можно определить по упрощённой формуле

 

[ ] = / МПа (12)

 

где - коэффициент снижения предела выносливости с учётом влияния масштабного фактора, концентрации напряжений и состояния поверхностного слоя (для осей и цапф можно принять

= 2,0……2,8).

n - допускаемый коэффициент запаса прочности (для лёгкого, среднего и тяжёлого режимов работы механизма подъёма соответственно 1,4; 1,6 и 1,7 соответственно).

Наибольший изгибающий момент в сечении под правой ступицей = R_B , Hсм; наибольший момент для правой цапфы будет равен = R_B(l₂ – ), Нсм,

где R_B – реакция опоры в правой цапфе;

l₂ - расстояние от опоры правой цапфы до середины ступицы;

 

= (1,5……2,0) (13)

 

- длина ступицы, см.

 

Моменты сопротивления сечений оси под ступицей и цапфой соответственно равны

 

= 0,1 см³; = 0,1 , см^3.. (14)

Подставляя данные значения в формулу (9), находим диаметр оси под ступицей и диаметр цапфы

 

= , мм; = , мм; (15)

 

Аналогично можно определить и диаметр левой цапфы. Однако, в целях унификации подшипников она может быть принята равной диаметру правой цапфы. Окончательный диаметр цапф уточняется после выбора подшипников.

 

3.5. Расчёт подшипников оси барабана

Для компенсации несоосности опор ось барабана устанавливается на самоустанавливающихся сферических шариковых или роликовых подшипников.

Эквивалентная нагрузка на правый подшипник может быть определена по упрощённой формуле

 

= k_d , Н, (16)

где -коэффициент, зависящий от того какое кольцо подшипника вращается (при вращении внутреннего кольца = 1);

- динамический коэффициент (для механизмов подъёма = 1,2;

- коэффициент приведения (для лёгкого, среднего и тяжёлого режимов ориентировочно можно принять соответственно 0,6; 0,65 и 0,75). Этот коэффициент вводится в связи с тем, что кран работает с разными грузами в пределах заданной грузоподъёмности.

Требуемая долговечность подшипника L (в млн. оборотов) определиться по формуле

 

L = , (17)

где – долговечность подшипника, равная 1000, 3500 и 5000 часам соответственно для лёгкого, среднего и тяжёлого режима соответственно;

– частота вращения барабана, мин^-1

 

= 60 / . (18)

 

Тогда расчётная динамическая грузоподъёмность шарикового подшипника будет равна

 

C = , Н. (19)

 

Подшипник выбирается по ГОСТ 28498-90, извлечения из которого даны в табл. 3. С.

Таблица 3

 

Типоразмер	Размеры, мм	Динамическая грузоподъёмность, С, Н	Статическая грузоподъёмность, , Н
d	D	B
Лёгкая серия
Средняя серия

Продолжение таблицы 3

Типоразмер		Размеры,	мм	Динамическая грузоподъёмность, С, Н	Статическая грузоподъёмность С0, Н
d	D	B

 

Поскольку в левом подшипнике вращаются оба кольца (подшипник служит только опорой), то его можно рассчитывать по статической грузоподъёмности.

В целях унификации оба подшипника можно принять одинаковыми, однако, при этом необходимо учитывать,что левый подшипник обычно устанавливается в выточке выходного вала редуктора и, следовательно, их диаметры должны быть согласованы.

 

3.6. Расчёт и выбор электродвигателя

Статическая мощность при подъёме номинального груза

 

= , кВт, (20)

 

где - КПД механизма подъёма.

В кранах общего назначения расчёт двигателя можно с достаточной степенью точности вести по эквивалентной нагрузке. В этом случаи потребная мощность двигателя определяется по формуле

 

= , кВт, (21)

 

где - коэффициент приведения, принимаемый равным 0,6; 0,65 и 0,75 соответственно для лёгкого, среднего и тяжёлого режимов.

Для кранов применяются специальные крановые двигатели с фазовым ротором серии МТ и МТВ, данные по которым приведены в табл.11.

Таблица 4

Электродвигатель	Мощность на валу при ПВ 25%, кВт	Частота вращения, мин_1	Максимальный момент, Нм
МТ011-6	1,4
МТ012-6	2,2
МТ111-6	3,5
МТ112-6	5.0
МТ211-6	7,5
МТВ311-6	11,0
МТВ312-6	16,0
МТВ411-6	22,0
МТВ412-6	30,0
МТВ311-8	7,5
МТВ312-8	11,0
МТВ411-8	16,0
МТВ412-8	22,0
МТВ511-8	30,0

 

Выбор редуктора

Редуктор выбирается по статической мощности, передаточному отношению, частоте вращения вала двигателя и режиму работы. Мощность редуктора определяется по формуле

 

= (21)

где = 1 коэффициент запаса (для редукторов типа Ц2)

Передаточное отношение .

В табл.12 приводятся технические данные редукторов типа Ц2, которые широко применяются в краностроении.

. Таблица 5

Редукторы Ц2. Мощность на быстроходном валу, кВт

 

Передаточное отношение	Режим работы	Типоразмер редуктора
Ц2-200	Ц2-250	Ц2-300	Ц2-350	Ц2-400	Ц2-500
8,32	Л С Т	25,0 10,4 9,5	56,5 31,0 20,3	68,5 55,0 39,6	134,0 96,5 47,2
9,8	Л С Т	21.5 9,25 8,4	49,5 27,0 16,9	62,5 48,2 33,6	117,5 84,7 40,	178,0 91,3 61,0
12,41	Л С Т	18.0 8,7 6,7	40,5 22,1 13,3	53,0 39,8 28,9	96,5 70,0 34,7	152,3 81,0 65,2
16,3	Л С Т	16,0 8,7 5,5	32,5 21,4 10,0	43,0 31,6 20,6	71,0 50,5 23,0	138,0 73,6 45,2
19,83	Л С Т	10.5 5,3 3,4	17,0 14,0 7,8	29,0 20,6 11,2	43,5 33,5 16,9	77,0 49,4 25,0
24,9	Л С Т	8,5 4,3 2,6	14,0 11,7 6,2	20,0 18,3 9,3	36,0 27,1 14,5	116,0 58,2 38,7
32,42	Л С Т	7,2 3,3 1,7	11,5 8,1 4,0	18,0 14,6 7,8	27,5 21,8 12,4	70,5 42,2 21,1

Продолжение

 

Передаточное отншение	Режим работы	Типоразмер редуктора
Ц2-200	Ц2-250	Ц2-300	Ц2-350	Ц2-400	Ц2-500
41,34	Л С Т	5,3 3,3 1,5	9,8 7,0 3,4	14,0 11,2 5,9	22,0 16,3 8,2	43,5 28,1 14,2	75,0 55,0 27,5
50,94	Л С Т	4,7 2,5 1,3	8,2 5,7 2,9	12,5 9,5 4,8	20,0 14,2 7,2	39,0 19,3 9,6	67,2 45,5 22,9

 

Размеры выточки выходного вала редуктора (для установки левого подшипника оси барабана) и диаметр окружности зубчатого венца вала редуктора представлены в табл. 6.

Таблица 6

 

Типоразмер редуктора	Зубчатый конец тихоходного вала
	B
Ц2-200
Ц2-250
Ц2-300
Ц2-350
Ц2-400
Ц2-500

3.8. Расчёт узла соединения редуктора с барабаном

В принятом способе соединения вала редуктора с барабаном крутящий момент передаётся через призонные болты, установленные в отверстия без зазора. В этом случаи болты работают на срез, напряжения которого определяется по формуле

 

= ≤ [ МПа, (16)

 

где - усилие, действующее по окружности установки болтов, Н; ( = ; - крутящий момент на барабане);

- число болтов (обычно 6-8);

d - диаметр цилиндрической части призонного болта, см (обычно d = 1,7 – 2,5 см).

[ ] – допускаемое напряжения среза, МПа ([ ] ]).

Для предварительного расчёта диаметра окружности установки болтов можно принять в пределах = (1,3…1,4) , см,

где - диаметр окружности зубчатого венца вала редуктора (табл. 6).

 

3.9. Расчёт и выбор муфт

В механизме подъёма необходимо выбрать муфту для соединения вала электродвигателя с валом редуктора. Муфта выбирается по расчётному крутящему моменту

 

= , (17)

– диаметр барабана, м;

– кратность полиспаста;

– коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, для механизма подъёма = 1,3;

- коэффициент, учитывающий режим работы, для режимов Л, С и Т коэффициент равен соответственно 1,1 1,2 и 1,3.

Для соединения быстроходных валов используются упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП. Обычно на такой муфте устанавливается тормоз, поэтому диаметр тормозной полумуфты (со стороны редуктора) необходимо согласовать с тормозом.

 

3.10. Расчёт и выбор тормоза

Тормоз устанавливается на быстроходном валу редуктора (наименьшим крутящим моментом).Расчётный тормозной момент на этом валу равен

 

= , Нм, (18)

 

где - коэффициент запаса торможения (он равен 1,5; 1,75 и 2,0 соответственно для режимов Л, С и Т).

В крановых механизмах наиболее успешно применяются колодочные тормоза с гидротолкателями.

В табл. 7 приводятся технические данные тормозов типа ТТ и ТКТГ.

Таблица 7

 

Тип тормоза	ТТ-тормоз колодочный с гидротолкателем	ТГТГ-тормоз колодочный с электрогидротолкателем
Типоразмер	ТТ-160	ТТ-200	ТТ-250	ТТ-320	ТКТГ-400	ТКТГ-500	ТКТГ-600
Диаметр тормозного шкива, мм
Тормозной момент, Нм

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя: в 3 т. 9-е изд., перераб. и допол. М.: Машиностроение, 2006. 383 с.

2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин; Учеб. пособие для вузов / П.Ф.Дунаев, О.П. Леликов.-9-е изд.; исп. М.: Академия, 2006. 496 с.

3. Иванов М Н. Детали машин: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2005. 408 с.

 

 

 

.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………... 3 1.Требования к оформлению и содержанию курсового проекта………………………………………… 3 2. Задания на курсовой проект……………………………… 5 3. Основные этапы выполнения курсового проекта……… 5 3.1. Кинематическая схема привода…………………… 3.2. Расчёт и выбор каната……………………………… 3.3. Расчёт барабана……………………………………... 3.4. Выбор способа соединения редуктора с барабаном и расчёт оси барабана……………….. 3.5. Расчёт подшипников оси барабана………………… 3.6. Расчёт и выбор электродвигателя…………………. 3.7. Выбор редуктора……………………………………. 3.8. Расчёт узла соединения редуктор с барабаном…… 3.9. Расчёт и выбор муфты……………………………… 3.10. Расчёт и выбор тормоза…………………………….