VÝPOČET A NÁVRH HŘÍDELE

Směrnice
na sídlištní a grafické práce pro studenty
všechny speciality

Petrohrad 2012

Výpočet a návrh šachty: Metodický návod pro výpočet - grafické práce pro studenty smíšené a večerní výchovy všech oborů.

Je nastíněn postup výpočtu hřídele, uvedeny a systematizovány referenční údaje o volbě jednotlivých parametrů.

Sestavili: doktor technických věd prof. A.G. Taševského

Recenzenti: Ph.D., prof. A.V. Priemyšev
Ph.D., doc. A.A. Janson

Směrnice schválené na poradě odd

Redaktor  - G.L. Čubarová

P21(03)

Podepsáno k tisku 23.11.2004 Formát 60x90 1/16

Typ papíru. číslo 3. Ofsetový tisk. Konv. trouba l. 1.5

Uch. - ed. l. 1.5 Náklad 100 výtisků. Objednávka č. 63

Vydání Petrohradského institutu strojního inženýrství

Petrohrad, Polyustrovskiy pr., 14

OP PIMash

VŠEOBECNÉ POKYNY

Účel pokynů- upevnění znalostí v předmětu "Základy konstruování strojů", rozvoj výpočtových a konstrukčních dovedností, schopnost používat referenční materiály a normy.

Objem vypořádacích a grafických prací- vysvětlivka na listech formátu A4 do 10 stran včetně výchozích údajů, stanovení zatížení hřídele, vypracování návrhových schémat, stanovení reakcí podpor, vykreslení ohybových momentů, stanovení celkových, krouticích a ekvivalentních momentů, výběr materiál hřídele, výpočet průměrů hřídele, pevnostní kontrola ve dvou sekcích, výpočet upevňovacích dílů. Výkres hřídele na listu A3 s uvedením požadovaných rozměrů, drsnosti a odchylek s dodatečnými řezy vyjmutými v místech per.

Designový objekt– dvouložiskový stupňovitý hřídel, uložený na kapalinových třecích ložiskách, s ozubenými koly upevněnými na něm.

Kruhový diagram hřídel- dvouložiskový hřídel s odlišným uspořádáním vzhledem k podpěrám a na něm upevněným čelním kolům, zabírajícím s jinými ozubenými koly umístěnými pod různými úhly, se považuje za nosník na sklopných podpěrách.

Působící zatížení - působící v záběrovém obvodovém F t a radiální F r síly působící ve střední šířce ozubeného věnce.

Cvičení- uvedeno v příloze (tabulky P1, P2, P3), kde je uvedeno konkrétní schéma hřídele a možnosti výchozích údajů pro návrh:

1. Výkon hřídele N;
2. rychlost hřídele n;
3. vzdálenost mezi ložisky a ozubenými koly upevněnými na hřídeli l 1 ,l 2 ,l 3 ;
4. počáteční průměry ozubených kol d 1 a d 2 ;
5. roh β mezi kladným směrem osy X a osa Y, měřeno ve směru úhlové rychlosti w.

Sekvence provádění úkolu:

1. Definice krouticího momentu T na hřídeli.

2. Definice sil F t a F r působící na hřídel.

3. Vypracování návrhových schémat hřídele v horizontální a vertikální rovině.

4. Stanovení reakcí podpor v horizontální a vertikální rovině.

5. Stanovení ohybových momentů v horizontální a vertikální rovině, celkové, torzní a ekvivalentní momenty.

6. Volba materiálu hřídele, účel tepelného zpracování, stanovení dovolených ohybových napětí.

7. Stanovení průměrů hřídelí.

8. Konstrukce hřídele.

9. Výběr a ověření upevňovacích dílů na hřídeli.

10. Stanovení bezpečnostní rezervy hřídele.

11. Zhotovení pracovního výkresu podle ESKD.

12 Zápis vypořádání a vysvětlivka k ESKD.

STANOVENÍ MOMENTU HŘÍDELE

Při daném výkonu N, kW a otáčky hřídele n, ot/min, (tab. P1, P2, P3 App.) kroutící moment T, Nm:

Pro usnadnění dalších výpočtů číslujeme postupně hřídele od hřídele motoru.

Pro první hřídel definujeme:

NAPÁJENÍ- lze vzít rovnou předem stanovenému požadovanému výkonu elektromotoru, který je obvykle menší než výkon elektromotoru v katalogu.

Pokud je katalog brán jako vypočítaný výkon motoru, pak ,[kW].

Frekvence otáčení- rovnat se asynchronní frekvence otáčení hřídele motoru, [min -1].

Točivý moment- je určeno vzorcem

,

, [kW]; ,[min-1]; ,,

kde i je číslo hřídele, j je číslo převodu kinematického diagramu pohonu. U hnacího hřídele dopravníku by rozdíl mezi získanými otáčkami a stanovenými neměl překročit 5 %. Pro další návrh převodovky určíme minimální průměr hřídelů v úseku, který přenáší kroutící moment , mm. Hodnoty koeficientů Z:

pro vysokorychlostní hřídele С=7,1...6,5; pro mezihřídel C= 6,5....5,8 ; pro pomaloběžné hřídele С= 5,8....4,6 . Pokud je hřídel rychloběžné převodovky spojena s hřídelí motoru přes spojku, pak je její průměr určen jako

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 5:

Tabulka 5.

typ a č. j převodovky mezi hřídelemi

klínový řemen

kuželové ozubené kolo

čelní ozubené kolo

N*m

minimální průměr hřídele

1. Průmyslové roboty ve strojírenství. Album schémat a kreseb, ed. Solomentseva Yu.M. M, strojní inženýrství 1987.

Kozyrev Yu.G. Průmyslové roboty. Handbook, M., Mashinostroenie, 1987.

Pronin B.A., Revkov G.A. Plynulý klínový řemen a třecí ozubená kola, M., Mashinostroenie, 1980

Směrnice č. 1031 Pohony pro průmyslové roboty. MAMI, 1988

Olga Anatolyevna Chikhacheva, Vladimir Anatolyevich Ryabov,

Obecný výpočet pohonu.

Pokyny pro návrh kurzu pro studenty

všechny strojírenské obory.

Podepsáno pro tisk výpůjčky objednávky

R.l. 1.0 Uch.-ed.l. 1.5

Tiskový papír Formát 60x90/16

MSTU "MAMI", 105839, Moskva, B. Semenovskaya ul., 38

Pohon dvojic hnacích kol v elektrické převodovce. Pohon může být individuální nebo skupinový. Dieselové lokomotivy s elektrickým převodem v SSSR a v zahraničí mají téměř výhradně individuální pohon dvojkolí, to znamená, že každé dvojkolí má samostatný trakční elektromotor, který je uvádí do otáčení. Je možný i skupinový pohon: jeden motor umístěný na podvozku pohání všechna jeho dvojkolí (jednomotorový podvozek). Toto uspořádání, které se používá ve francouzském lokomotivním průmyslu, má některé výhody z hlediska dynamických účinků ve vysokorychlostním provozu a také ve využití hmotnosti spřáhla (viz níže). U skupinového pohonu se výrazně snižuje možnost boxování párů kol. Na třínápravových podvozcích však jednomotorové uspořádání vyžaduje složitý systém převodů pro přenos točivého momentu na dvojkolí. Proto se v tuzemském průmyslu dieselových lokomotiv používá pouze individuální pohon.

Točivý moment z trakčního motoru na dvojici kol s individuálním pohonem je přenášen pomocí jednostupňové trakční převodovky, skládající se z dvojice válcových ozubených kol: hnací kolo - na hřídeli trakčního motoru a hnané kolo - na ose trakčního motoru. pár kol. Ve strojírenství dieselových lokomotiv je z důvodu omezených rozměrů prostoru pro uložení trakčního elektromotoru zpravidla jednostranný, asymetrický vzhledem k podélné ose dieselové lokomotivy, a proto sestává z čelních ozubených kol. (V konstrukci elektrických lokomotiv se také používá dvoucestný převod - hnací ozubená kola jsou umístěna na obou koncích hřídele trakčního motoru. Toto schéma činí přenos točivého momentu symetrickým kolem podélné osy dieselové lokomotivy a umožňuje použití šroubovicového převody, které se vyznačují hladším chodem.)

U jednosměrného převodu je nevyhnutelné určité posunutí os ozubených kol a deformace zubů v záběru, které vedou k jejich nerovnoměrnému opotřebení. Pro eliminaci škodlivý vliv deformace na zubech hnacího kola, jedna ze stran je vyrobena s mírným zkosením (o 0,20-0,24 mm). Zuby jsou tedy předem zkoseny pod úhlem 5-6" ve směru opačném k nesouososti při zatížení, takže během provozu se kontakt mezi zuby obou ozubených kol po jejich délce stává rovnoměrnější.

Převodový poměr trakční převodovky závisí na účelu dieselové lokomotivy: pro nákladní a posunovací lokomotivy je větší a je obvykle 4,41 \u003d 75 / 17, pro osobní je menší (například pro dieselové lokomotivy TEP60 - 2,32 , pro TEP70 - 3.12).

Zavěšení trakčních motorů na podvozku s individuálním pohonem dvojkolí má zajistit přenos točivého momentu při současném odpružení hmoty motoru. Faktem je, že moment z hřídele motoru na dvojkolí lze přenášet pouze tehdy, je-li skříň motoru pevná. Pokud je však skříň upevněna na rámu podvozku, pak při jejím rozkmitání dojde k narušení záběru mezi ozubenými koly trakční převodovky. Proto musí být skříň motoru spojená s rámem podvozku současně spojena s dvojkolím, aby se neměnila osová vzdálenost převodovky. To lze zajistit, pokud je motor na jedné straně podepřen na rámu podvozku a na druhé straně na dvojkolí.

Takový systém odpružení pro trakční motory (motor je pevně uložen na nápravě dvojkolí a prostřednictvím elastických článků na rámu podvozku) se nazývá nosně-axiální systém. Když je motor podepřen na dvojkolí, je asi polovina jeho hmotnosti pevně přenesena. Pokud je motor zcela upevněn na rámu podvozku, získáme zavěšení podpěrného rámu. V tomto případě musí být trakční pohon elastický a kompenzovat zdvihový objem motoru vůči dvojkolí.

První schéma se používá na sériových nákladních a posunovacích dieselových lokomotivách, druhé (konstrukčně složitější) - na osobních a výkonných nákladních (2TE121) dieselových lokomotivách.

Nosné axiální zavěšení trakčních motorů se nejvíce rozšířilo v sovětském průmyslu dieselových lokomotiv (lokomotivy 2TE10V, TEZ, 2TE116, TEM2 atd.).

Trakční motor 1 (obr. 11.6) má tři referenční body. Opírá se o speciální ložiskové čepy střední části nápravy 4 dvojkolí se dvěma axiálními ložisky motoru 15. Umístění ložisek hřídele trakčního motoru a nápravy dvojkolí v jednom pouzdře zaručuje neměnnost středu -vzdálenost ozubeného soukolí 2-3 (v rámci tolerancí opotřebení ložisek) .

Třetí podpěra (zavěšení na rám podvozku) je elastická - prostřednictvím pružinové sady sestávající ze čtyř pružin 7. Paralelně pracující pružiny jsou stlačeny mezi dvě spony 6, upevněné na koncích dvěma šrouby 12. Pružinová sada je instalována mezi výstupky (horní 8 a spodní 5 ) litá závěsná konzola přivařená k rámu podvozku. Podél osy krajních pružin soupravy jsou otvory ve výstupcích a příchytkách zdola nahoru protaženy dvě tyče 9, které soupravu připevňují k rámu. Spadnutí tyčí 9 je zabráněno kladkami 13. Soustava pružin, předem stlačená šrouby 12, je zakryta výstupky 10 skříně motoru a po povolení matic na šroubech 12 až na doraz v závlačkách pružiny přitlačují spony 6 k výstupkům 10 (pracovní plochy svorek jsou vyztuženy navařením na vyměnitelné otěruvzdorné desky).jedenáct).

Rýže. 11.6. Nosné axiální zavěšení trakčního motoru

Axiální kluzná ložiska motoru sestávají každé ze dvou vložek z olovnatého bronzu OCS 4-4-17. Jedna vložka - horní - je vložena do vývrtu skříně trakčního motoru, druhá - spodní - do "víčka" (krytu) 19, který je ke skříni přitahován šrouby. Spodní pouzdro má obdélníkové okénko pro přívod maziva (axiálního oleje) do čepu nápravy.

Na dieselových lokomotivách 2TE10L a TEZ s trakčními motory typu ED107 a EDT200B (resp.) jsou hrdla mazána dotykově pomocí náplně z polovlněné příze. Olej se nalévá do olejové lázně v uzávěru 19 přes horní olejničku 16 ve víku. Těsnění se umístí před plněním oleje v následujícím pořadí. Nejprve se přímo na hrdlo položí podél stěny dutiny uzávěru plstěná podložka a (zobrazeno na obr. 11.6 plnou černou čarou - viz obr. sekce B-B), který zabraňuje oděru a vtažení těsnění do ložiska. Poté se položí pět přaden z polovlněné příze předem napuštěné olejem: čtyři podél podšívky a pátý, čtyřikrát přeložený, na dno olejové lázně, přitlačující konce prvních čtyř přaden narovnaných podél dna. . Těsnění, stlačené pružinovou tyčí 17, rovnoměrně rozvádí olej po celém okně ve vložce. Na nádivku se položí vrstva bavlněné spleti namočené v oleji. Hladinu mazání v ložisku kontrolujeme šikmou sondou přes spodní olejničku 18. Její výška (podél sondy) by měla být v rozmezí 45-90 mm.

Střední část osy mezi axiálními ložisky motoru je uzavřena ochranným krytem.

Na trakčních elektromotorech lokomotiv 2TE10V je použito pokročilejší „polsterové“ mazání axiálních ložisek motoru. Pro přívod maziva do každého ložiska se používá balíček („polster“) 12 dvou plstěných destiček s bavlněnými knoty mezi nimi. Obal je v krabici 11 upevněn konzolou 10 (obr. 11.7).

Skříňka má vně listové pružiny 8, díky jejichž pružnosti je vložena do distanční vložky v tělese 9. Pružina 6 přitlačuje skříňku s posterem ke krku osy. Tlak pružiny (40-60 N) převyšuje odpor distančních pružin 8, což zajišťuje kontakt polsteru s krkem. Páka 7 je spojena s osou 1 s pouzdrem 9, na kterém je upevněna i pružina 6. Pouzdro 9 je namontováno na spodní stěně víka 5 ložiska. Hladina mazání v olejové lázni je řízena táhlem 3 plováku 4 při otevření krytu 2 nebo pomocí spároměru.

Trakční převodovka je chráněna před vnějšími vlivy pláštěm 14 (viz obr. 11.6). Skříň se skládá ze dvou polovin vyrobených z ocelového plechu svařením a je upevněna na skříni motoru ve třech bodech. Spodní část pláště slouží jako nádoba na mazání (typ STP) v množství 3,5 litru (u dieselových lokomotiv 2TE116 - až 5 litrů).

Nosné rámové odpružení trakčních motorů se liší od nosného axiálního odpružení tím, že celá hmotnost trakčního motoru je přenesena na rám podvozku. Tím se výrazně snižuje hmotnost neodpružených částí lokomotivy a následně i její dopad na trať. Existují různá provedení trakčního pohonu pro zavěšení nosného rámu.

Rýže. 11.7. Motor-axiální ložisko s polsterem Jedním z nejběžnějších je pohon s dutou hřídelí a otočnou spojkou. Takový pohon používá francouzská společnost Alstom, proto se mu někdy říká jednoduše „pohon typu Alstom“. Tento typ pohonu se závěsem na nosném rámu byl použit u dieselových lokomotiv TEP60 (obr. 11.8) a prvních TEP70 (do č. 008).

Trakční motor 4 (viz obr. 11.8) se dvěma tlapkami 5-ti na boku svého rámu - spočívá na konzolách 6, namontovaných na příčném nosníku rámu podvozku. Na druhé straně kostry motoru uprostřed šest Obr. 11.8. Schéma zavěšení nosného rámu trakčního motoru je přišroubováno k ocelolitinové konzole 1, která spočívá na konzole 7 na dalším příčném nosníku rámu podvozku. Motor má tedy tři opěrné body na rámu podvozku, které zajišťují jeho správnou instalaci.

Motor-axiální ložiska motoru namontovaná na rámu nedoléhají na osu 2, ale nesou dutý hřídel 3 - válcové pouzdro o vnějším průměru 315 mm, na kterém je uloženo hnané kolo trakční převodovky. Dutý hřídel 3 zakrývá osu 2 dvojkolí. Radiální vůle mezi vnitřní plochou dutého hřídele a nápravou je v průměru 35 mm. Taková hodnota zcela vylučuje možnost kontaktu těchto částí při vibracích podvozku.

Odpružení nosného rámu trakčního motoru vyžaduje pružný trakční pohon a projevuje se v uspořádání dvojkolí lokomotivy (obr. 11.9). Skládá se z nápravy 3, středů kol 6 s pneumatikami 8 a výztužnými kroužky 7, dutého hřídele 4 s pohony 1 a 6.

Zvažte vlastnosti detailů dvojkolí. Osa 3 má 70 mm průchozí středový otvor pro snížení hmotnosti. Střed kola má dva výstupky s otvory pro zalisování hnacích čepů 11 a dva otvory o průměru 200 mm pro průchod hnacích čepů.

Pohony 1 a 6 s hnacími čepy 10 jsou za tepla namontovány na koncích dutého hřídele 3 a upevněny čepy 5. Jeden z pohonů (/) má kotoučovou přírubu pro zesílení hnaného kola 2.

Točivý moment z trakčního motoru na dvojkolí je přenášen přes elastické spojky (obr. 11.10) umístěné na obou kolech. Spojka sestává z traverzy 6 a čtyř vodítek 5, které jsou k ní zavěšeny válečky 4. Dvě vodítka jsou spojena s čepy 2 pohonu spojky, další dvě s čepy 1 středu kola. Hlavy vodítek se navlékají na prsty přes pryžové tlumiče 3.

Existují další schémata trakčního pohonu se zavěšením trakčních motorů na nosném rámu (obr. 11.11). Jedno z těchto schémat (s dutou hřídelí trakčního motoru) bylo použito na dieselové lokomotivě 2TE121.

Hnací mechanismy dieselových lokomotiv s hydraulickými převody. Točivý moment z výstupního hřídele hydraulické převodovky na hnací nápravy dieselové lokomotivy lze přenášet buď pomocí táhlového (klikového) mechanismu, obdobného jako u lokomotivy, nebo pomocí kardanového pohonu sestávajícího z soustava teleskopických hřídelí spojených tzv. Hookovými závěsy (neboli kardanovými spojkami), a nápravových převodů.

Teleskopické drážkované hřídelové spoje umožňují v určitých mezích změny vzdáleností mezi výstupním hřídelem převodovky a hnacími ústrojími na nápravách, které jsou nevyhnutelné při pohybu a kmitání lokomotivy. Panty také umožňují výslednou nesouosost hřídelí.

Mechanismus oje (obr. 11.12, a) se skládá z kopacího hřídele 3, který přijímá rotaci z dieselového motoru 1 prostřednictvím hydraulické převodovky 2, a systému táhl, který jej spojuje s pohyblivými nápravami 6.

Nárazový hřídel pohánějící oj 4 je připojen k jednomu z dvojkolí a uvádí jej do otáčení. Všechna hnací dvojkolí jsou propojena spojovacími ojemi 5. Přenos pohybu na dvojkolí pomocí nárazové hřídele a Obr. 11.9. Pár kol dieselové lokomotivy TEP60

Rýže. 11.10. Elastická spojka trakčního pohonu dieselové lokomotivy TEP60

Rýže. 11.11. Schéma trakčního pohonu s kardanovými hřídeli s odpružením nosným rámem:

a - s dutou hřídelí trakčního motoru; b - s dutou kardanovou hřídelí; v - s podélnými kardanovými hřídeli ojového mechanismu se používá na dvou-, třínápravových posunovacích průmyslových dieselových lokomotivách, jejichž osy jsou umístěny ve společném tuhém rámu (TGM1, TGM23). Jednoduchý a spolehlivý ojový mechanismus má zároveň značné nevýhody. Umístění excentricky umístěných masivních ojí a klik přímo na páry kol vede k nevyváženosti mechanismu a k výrazným dynamickým efektům na dráze, zejména ve vysokých rychlostech. Nutnost spojení všech náprav ojí neumožňuje použití takového pohonu na podvozkových lokomotivách. Na lokomotivách s malým výkonem a relativně nízkou rychlostí se tyto nevýhody projevují nevýznamně a jednoduchost konstrukce se vyplácí. To určuje rozsah mechanismu oje.

Kardanový pohon (obr. 11.12.6) se skládá z kardanových hřídelí 7 a axiálních převodovek 8 na hnacích nápravách. Takový pohon se zpravidla používá na podvozkových lokomotivách. U jakéhokoli typu pohonu je pohon předních náprav u dieselových lokomotiv s hydraulickým převodem skupinový, na rozdíl od individuálního pohonu náprav s elektrickým převodem. Skupinový pohon umožňuje realizovat vyšší koeficienty tření mezi koly a kolejnicí. Jinými slovy, posádka se skupinovým pohonem je méně náchylná k škatulkování, což je důležité zejména u nákladních a posunovacích lokomotiv. Tyto výhody skupinového pohonu vedly k jeho použití na experimentální dieselové lokomotivě TEM12, která má elektrický převod (viz obr. 11.11, c). Její dva trakční motory jsou zavěšeny pod rámem lokomotivy podél její osy; přes sčítací převodovku je jejich výkon rozdělován na hnací nápravy kardanovým systémem.

Axiální převodovky sovětských dieselových lokomotiv - dvoustupňové. Převodovka (obr. 11.13) se skládá ze dvou párů ozubených kol: kuželového 1-4 a válcového 3-6, uložených v ocelové skříni 5. Rotace systému kardanové hřídele se přenáší přes přírubu na hnací hřídel 2. kuželové kolo 4 je uloženo přímo na podlouhlém čepu válcového ozubeného kola 3. Hnané ozubené kolo 6 je uloženo přímo na střední části nápravy 7 hnacího dvojkolí. Ložiska redukčního válečku a kuličky. Ty druhé vnímají axiální síly.