CALCOLO E PROGETTAZIONE DELL'ALBERO

Linee guida
alla sistemazione e al lavoro grafico per gli studenti
tutte le specialità

San Pietroburgo 2012

Calcolo e progettazione dell'albero: Istruzioni metodologiche per il calcolo - lavoro grafico per studenti di istruzione mista e serale di tutte le specialità.

Viene delineata la procedura per il calcolo dell'albero, vengono forniti e sistematizzati i dati di riferimento sulla scelta dei singoli parametri.

A cura di: Dottore in Scienze Tecniche, prof. A.G. Tashevskij

Revisori: Ph.D., prof. AV. Priemyshev
Ph.D., Assoc. AA. Janson

Linee guida approvate nella riunione del dipartimento

Redattore  - G.L. Chubarova

P21(03)

Firmato per la stampa il 23/11/2004 Formato 60x90 1/16

Tipo di carta. Numero 3. Stampa offset. Conv. forno l. 1.5

Uh. - ed. l. 1.5 Diffusione 100 copie. Ordine n. 63

Edizione dell'Istituto di ingegneria meccanica di San Pietroburgo

San Pietroburgo, Polyustrovskij pr., 14

OP PIMash

ISTRUZIONI GENERALI

Scopo delle linee guida- consolidamento delle conoscenze nel corso "Fondamenti di progettazione di macchine", sviluppo di capacità di calcolo e progettazione, capacità di utilizzare materiali e standard di riferimento.

Volume di liquidazione e di opera grafica- una nota esplicativa su fogli A4 di massimo 10 pagine, contenente i dati iniziali, determinazione dei carichi sull'albero, redazione di schemi di progetto, determinazione delle reazioni dei supporti, rilevamento dei momenti flettenti, determinazione dei momenti totali, torcenti ed equivalenti, scelta il materiale dell'albero, calcolo dei diametri dell'albero, verifica della resistenza in due sezioni, calcolo delle parti di fissaggio. Un disegno dell'albero sul foglio A3 indicante le dimensioni richieste, la rugosità e le deviazioni con sezioni aggiuntive prelevate nelle posizioni delle chiavette.

Oggetto di design– un albero a gradini a due cuscinetti, montato su cuscinetti ad attrito fluido, su cui sono fissati gli ingranaggi.

schema elettrico lancia- un albero a due cuscinetti con diversa disposizione rispetto ai supporti e agli ingranaggi cilindrici su di esso fissati, che ingrana con altri ingranaggi posti ad angoli diversi, è considerato come una trave su supporti incernierati.

Carichi agenti - agenti in impegno circonferenziale Ft e radiale Fr forze applicate a metà larghezza della corona dentata.

Esercizio- riportato in Appendice (Tabelle P1, P2, P3), che mostra uno schema specifico del vano e le opzioni per i dati iniziali per la progettazione:

1. potenza dell'albero N;
2. velocità dell'albero N;
3. distanza tra cuscinetti e ingranaggi fissati sull'albero l 1 ,l 2 ,l 3 ;
4. diametri iniziali degli ingranaggi D 1 e D 2 ;
5. angolo β tra la direzione positiva dell'asse X e asse Y, misurato nella direzione della velocità angolare w.

Sequenza di esecuzione delle attività:

1. Definizione di coppia T sull'albero.

2. Definizione delle forze Ft E Fr agendo sull'albero.

3. Elaborazione di schemi di progettazione dell'albero nei piani orizzontale e verticale.

4. Determinazione delle reazioni dei supporti nei piani orizzontali e verticali.

5. Determinazione dei momenti flettenti nel piano orizzontale e verticale, momenti totali, torcenti ed equivalenti.

6. Scelta del materiale dell'albero, scopo del trattamento termico, determinazione delle sollecitazioni di flessione ammissibili.

7. Determinazione dei diametri degli alberi.

8. Progettazione dell'albero.

9. Scelta e verifica delle parti di fissaggio sull'albero.

10. Determinazione del margine di sicurezza dell'albero.

11. Realizzazione di un disegno esecutivo secondo ESKD.

12 Registrazione di una transazione e nota esplicativa per ESKD.

DETERMINAZIONE DELLA COPPIA DELL'ALBERO

A una data potenza N, kW e velocità dell'albero N, giri/min, (tab. P1, P2, P3 App.) coppia T, Nm:

Per comodità di ulteriori calcoli, numeriamo in sequenza gli alberi a partire dall'albero motore.

Per il primo albero definiamo:

ENERGIA- può essere considerato pari alla potenza richiesta del motore elettrico precedentemente determinata, che solitamente è inferiore alla potenza del motore elettrico a catalogo.

Se il catalogo viene preso come calcolato potenza del motore, Quello ,[kW].

Frequenza di rotazione- uguale asincrono frequenza di rotazione dell'albero motore, [min -1].

Coppia- è determinato dalla formula

,

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

dove i è il numero dell'albero, j è il numero della trasmissione del diagramma cinematico della trasmissione. Per l'albero motore del trasportatore, la differenza tra la velocità ottenuta e quella specificata non deve superare il 5%. Per l'ulteriore progettazione del riduttore, determiniamo il diametro minimo degli alberi nella sezione che trasmette la coppia , mm. Valori dei coefficienti CON:

per alberi veloci С=7.1....6.5; per albero intermedio C= 6,5....5,8 ; per alberi lenti С= 5,8....4,6 . Se l'albero del cambio ad alta velocità è collegato all'albero motore tramite un giunto, il suo diametro viene determinato come

I risultati del calcolo sono inseriti nella tabella 5:

Tabella 5. .

tipo e n. j di trasmissione tra gli alberi

Cinghia trapezoidale

ingranaggio conico

ingranaggio cilindrico

N*m

diametro minimo dell'albero

1. Robot industriali nell'ingegneria meccanica. Album di schemi e disegni, ed. Solomentseva Yu.M. M, Ingegneria meccanica 1987.

Kozyrev Yu.G. Robot industriali. Manuale, M., Mashinostroenie, 1987.

Pronin B.A., Revkov G.A. Cinghia trapezoidale continua e ingranaggi a frizione, M., Mashinostroenie, 1980

Linee Guida N. 1031 Azionamenti per robot industriali. MAMI, 1988

Olga Anatolyevna Chikhacheva, Vladimir Anatolyevich Ryabov,

Calcolo generale dell'azionamento.

Linee guida per la progettazione del corso per gli studenti

tutte le specialità ingegneristiche.

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Azionamento delle coppie di ruote motrici nella trasmissione elettrica. L'azionamento può essere individuale o di gruppo. Le locomotive diesel con trasmissione elettrica in URSS e all'estero hanno quasi esclusivamente una trasmissione individuale delle sale montate, cioè ciascuna sala montata ha un motore elettrico di trazione separato che la mette in rotazione. È anche possibile la trazione di gruppo: un motore posizionato sul carrello aziona tutte le sue sale (carrello monomotore). Questa disposizione, utilizzata nell'industria delle locomotive francese, presenta alcuni vantaggi in termini di effetti dinamici nel traffico ad alta velocità, nonché nell'uso del peso dell'accoppiamento (vedi sotto). Con la trazione di gruppo la possibilità di inscatolamento delle coppie di ruote è notevolmente ridotta. Tuttavia, sui carrelli a tre assi, la disposizione a motore singolo richiede un complesso sistema di ingranaggi per trasferire la coppia alle sale montate. Pertanto, nell'industria delle locomotive diesel domestiche, viene utilizzata solo una trasmissione individuale.

La coppia dal motore di trazione alla coppia di ruote con azionamento individuale viene trasmessa utilizzando un cambio di trazione monostadio, costituito da una coppia di ingranaggi cilindrici: l'ingranaggio conduttore - sull'albero del motore di trazione e l'ingranaggio condotto - sull'asse del coppia di ruote. Nella costruzione delle locomotive diesel, a causa delle dimensioni limitate dello spazio per l'alloggiamento del motore elettrico di trazione, di norma è unilaterale, asimmetrico rispetto all'asse longitudinale della locomotiva diesel e quindi è costituito da ingranaggi cilindrici. (Nella costruzione di locomotive elettriche viene utilizzata anche una trasmissione a due vie: gli ingranaggi di trasmissione si trovano su entrambe le estremità dell'albero del motore di trazione. Questo schema rende il trasferimento della coppia simmetrico rispetto all'asse longitudinale della locomotiva diesel e consente l'uso di motori elicoidali ingranaggi, che si distinguono per un funzionamento più fluido.)

Con una trasmissione unidirezionale sono inevitabili alcuni spostamenti degli assi degli ingranaggi e distorsioni dei denti nella maglia, che portano alla loro usura irregolare. Per l'eliminazione influenza dannosa distorsioni ai denti dell'ingranaggio conduttore, uno dei lati è realizzato con un leggero smusso (di 0,20-0,24 mm). Pertanto, i denti sono pre-smussati con un angolo di 5-6 "nella direzione opposta al disallineamento sotto carico, quindi durante il funzionamento il contatto tra i denti di entrambi gli ingranaggi diventa più uniforme lungo la loro lunghezza.

Il rapporto di trasmissione del cambio di trazione dipende dallo scopo della locomotiva diesel: per le locomotive merci e da manovra è maggiore e solitamente è 4,41 \u003d 75 / 17, per quelle passeggeri è inferiore (ad esempio, per le locomotive diesel TEP60 - 2,32 , per TEP70 - 3.12).

La sospensione dei motori di trazione sul carrello con azionamento individuale delle sale montate dovrebbe garantire la trasmissione della coppia e contemporaneamente far mollere la massa del motore. Il fatto è che il momento dall'albero motore alla sala montata può essere trasmesso solo se l'alloggiamento del motore è fisso. Tuttavia, se l'alloggiamento è fissato al telaio del carrello, quando oscilla, l'innesto tra gli ingranaggi del cambio di trazione sarà disturbato. Pertanto, l'alloggiamento del motore collegato al telaio del carrello deve essere collegato contemporaneamente alla sala montata in modo che l'interasse del cambio non cambi. Ciò può essere garantito se il motore è supportato sul telaio del carrello da un lato e sulla sala dall'altro.

Un tale sistema di sospensione per motori di trazione (il motore è supportato rigidamente sull'asse della sala e tramite collegamenti elastici sul telaio del carrello) è chiamato sistema supporto-assiale. Quando il motore è sostenuto dalla sala, circa la metà del suo peso viene trasferita rigidamente. Se il motore è completamente fissato al telaio del carrello, otteniamo una sospensione del telaio di supporto. In questo caso la trazione deve essere elastica e compensare lo spostamento del motore rispetto alla sala.

Il primo schema viene utilizzato sulle locomotive diesel per merci in serie e da manovra, il secondo (strutturalmente più complesso) - sulle locomotive diesel per passeggeri e merci potenti (2TE121).

La sospensione assiale di supporto dei motori di trazione è diventata più diffusa nell'industria sovietica delle locomotive diesel (locomotive 2TE10V, TEZ, 2TE116, TEM2, ecc.).

Il motore di trazione 1 (Fig. 11.6) ha tre punti di riferimento. Poggia su speciali perni dei cuscinetti della parte centrale dell'asse 4 della coppia di ruote con due cuscinetti assiali motore 15. Il posizionamento dei cuscinetti dell'albero del motore di trazione e dell'asse della coppia di ruote in un alloggiamento garantisce l'invariabilità di la distanza da centro a centro del treno di ingranaggi 2-3 (entro le tolleranze per l'usura dei cuscinetti) .

Il terzo supporto (sospensione al telaio del carrello) è reso elastico - attraverso un set di molle composto da quattro molle 7. Le molle che funzionano in parallelo sono compresse tra due clip 6, fissate alle estremità con due bulloni 12. Il set di molle è installato tra le sporgenze (8 superiore e 5 inferiore) staffa di sospensione in fusione saldata al telaio del carrello. Lungo l'asse delle molle estreme del set, due aste 9 vengono fatte passare attraverso i fori nelle sporgenze e nei fermagli dal basso verso l'alto, fissando il set al telaio. La caduta delle aste 9 è impedita dai rulli 13. Il set di molle, precompresso dai bulloni 12, è coperto dalle sporgenze 10 dell'alloggiamento del motore e, dopo aver allentato i dadi sui bulloni 12 fino all'arresto nelle coppiglie, il le molle premono le clip 6 sulle sporgenze 10 (le superfici di lavoro delle clip sono rinforzate mediante saldatura su piastre resistenti all'usura sostituibili). undici).

Riso. 11.6. Sospensione assiale di supporto del motore di trazione

I cuscinetti assiali motore sono costituiti ciascuno da due camicie in bronzo al piombo OCS 4-4-17. Un inserto - quello superiore - è inserito nel foro dell'alloggiamento del motore di trazione, il secondo - quello inferiore - nel "tappo" (coperchio) 19, che è attratto dall'alloggiamento mediante bulloni. La boccola inferiore ha una finestra rettangolare per fornire lubrificante (olio assiale) al perno dell'asse.

Sulle locomotive diesel 2TE10L e TEZ con motori di trazione dei tipi ED107 e EDT200B (rispettivamente), i colli vengono lubrificati per contatto utilizzando un'imbottitura di filato di mezza lana. L'olio viene versato nel bagno d'olio nel tappo 19 attraverso l'oliatore superiore 16 nel coperchio. La baderna viene posizionata prima del riempimento dell'olio nella seguente sequenza. Per prima cosa, un feltrino a viene posizionato direttamente sul collo lungo la parete della cavità del cappuccio (mostrato in Fig. 11.6 con una linea nera continua - vedere Fig. sezione B-B), che impedisce alla baderna di essere abrasa e trascinata nel cuscinetto. Si mettono poi cinque matassine di filo semilana preventivamente imbevuto d'olio: quattro lungo la fodera, e la quinta, piegata quattro volte, sul fondo del bagno d'olio, premendo le estremità delle prime quattro matasse stese lungo il fondo . La guarnizione, premuta dalla barra a molla 17, distribuisce uniformemente l'olio su tutta la finestra del rivestimento. Sopra l'imbottitura viene posto uno strato di cotone imbevuto di olio. Il livello di lubrificazione nel cuscinetto viene controllato con una sonda inclinata attraverso l'oliatore inferiore 18. La sua altezza (lungo la sonda) deve essere compresa tra 45 e 90 mm.

La parte centrale dell'asse, tra i cuscinetti assiali del motore, è chiusa da una copertura protettiva.

Sui motori elettrici di trazione delle locomotive 2TE10V viene utilizzata una lubrificazione "polster" più avanzata dei cuscinetti assiali del motore. Per fornire lubrificante a ciascun cuscinetto, viene utilizzata una confezione (“polster”) 12 di due piastre di feltro con stoppini di cotone tra di loro. L'imballo viene fissato nella scatola 11 con una staffa 10 (Fig. 11.7).

La scatola all'esterno è dotata di molle a balestra 8, grazie alla cui elasticità è inserita nel distanziale nel corpo 9. La molla 6 preme la scatola con il poster sul collo dell'asse. La pressione della molla (40-60 N) supera la resistenza delle molle distanziatrici 8, che assicurano il contatto del poster con il collo. La leva 7 è collegata con l'asse 1 all'alloggiamento 9, su cui è fissata anche la molla 6. L'alloggiamento 9 è montato sulla parete inferiore del cappuccio 5 del cuscinetto. Il livello di lubrificazione nel bagno d'olio viene controllato dall'asta 3 del galleggiante 4 quando il coperchio 2 è aperto oppure con uno spessimetro.

La scatola della trazione è protetta dagli influssi esterni tramite l'involucro 14 (vedere Fig. 11.6). L'involucro è costituito da due metà, realizzate in lamiera d'acciaio mediante saldatura, ed è fissato sulla carcassa del motore in tre punti. La parte inferiore dell'involucro funge da contenitore per la lubrificazione (tipo STP) nella quantità di 3,5 litri (sulle locomotive diesel 2TE116 - fino a 5 litri).

La sospensione del telaio portante dei motori di trazione differisce dalla sospensione assiale del supporto in quanto l'intero peso del motore di trazione viene trasferito al telaio del carrello. Ciò riduce significativamente il peso delle parti non sospese della locomotiva e, di conseguenza, il loro impatto sui binari. Esistono diverse esecuzioni della trazione per la sospensione del telaio portante.

Riso. 11.7. Cuscinetto assiale motore con polster Uno dei più comuni è l'azionamento con albero cavo e giunto girevole. Tale azionamento viene utilizzato dalla società francese Alstom, quindi a volte viene chiamato semplicemente "azionamento di tipo Alstom". Questo tipo di azionamento con sospensione a telaio portante è stato utilizzato sulle locomotive diesel TEP60 (Fig. 11.8) e sulla prima TEP70 (fino al n. 008).

Il motore di trazione 4 (vedi Fig. 11.8) con due zampe 5-maree sul lato del telaio - poggia su staffe 6, montate sulla trave trasversale del telaio del carrello. Dall'altro lato dello scheletro del motore al centro dei sei Fig. 11.8. Lo schema di sospensione del telaio di supporto del motore di trazione è imbullonato ad una staffa di acciaio fuso 1, che poggia sulla staffa 7 su un'altra trave trasversale del telaio del carrello. Pertanto, il motore ha tre punti di appoggio sul telaio del carrello, garantendone la corretta installazione.

I cuscinetti assiali motore montati sul telaio non poggiano sull'asse 2, ma supportano l'albero cavo 3, un manicotto cilindrico con un diametro esterno di 315 mm, su cui è montato l'ingranaggio condotto del cambio di trazione. L'albero cavo 3 copre l'asse 2 della sala montata. Il gioco radiale tra la superficie interna dell'albero cavo e l'asse è in media di 35 mm. Tale valore esclude completamente la possibilità di contatto tra queste parti durante le vibrazioni del telaio.

La sospensione del telaio portante del motore di trazione richiede un azionamento elastico e si riflette nella disposizione delle sale della locomotiva (figura 11.9). È composto da asse 3, mozzi delle ruote 6 con pneumatici 8 e anelli di rinforzo 7, albero cavo 4 con trasmissioni 1 e 6.

Considera le caratteristiche dei dettagli della sala montata. L'asse 3 ha un foro centrale passante da 70 mm per alleggerire il peso. Il centro della ruota presenta due alette con fori per il pressaggio dei perni di trasmissione 11 e due fori di diametro 200 mm per il passaggio dei perni di trasmissione.

Gli azionamenti 1 e 6 con perni di azionamento 10 sono montati a caldo sulle estremità dell'albero cavo 3 e fissati con perni 5. Uno degli azionamenti (/) ha una flangia del disco per rinforzare l'ingranaggio condotto 2.

La coppia dal motore di trazione alla sala viene trasmessa tramite giunti elastici (Fig. 11.10) posti su entrambe le ruote. L'accoppiamento è costituito da una traversa 6 e da quattro guinzagli 5 ad essa incernierati mediante rulli 4. Due guinzagli sono collegati ai perni di comando della frizione 2, gli altri due ai perni 1 del centro ruota. Le teste dei guinzagli vengono messe sulle dita tramite ammortizzatori in gomma 3.

Esistono altri schemi di trazione con sospensione del telaio di supporto dei motori di trazione (Fig. 11.11). Uno di questi schemi (con un albero cavo di un motore di trazione) è stato utilizzato sulla locomotiva diesel 2TE121.

Meccanismi di azionamento delle locomotive diesel con trasmissioni idrauliche. La coppia dall'albero di uscita della trasmissione idraulica agli assi motori della locomotiva diesel può essere trasmessa tramite un meccanismo a timone (manovella e biella), simile a una locomotiva, oppure tramite una trasmissione cardanica costituita da un sistema di alberi telescopici collegati dai cosiddetti giunti di Hooke (o giunti cardanici), e assi dentati.

I collegamenti ad alberi scanalati telescopici consentono, entro certi limiti, variazioni delle distanze tra l'albero di uscita della trasmissione e i dispositivi di azionamento sugli assi, inevitabili durante il movimento e le vibrazioni della locomotiva. Le cerniere consentono inoltre il conseguente disallineamento degli alberi.

Il meccanismo del timone (Fig. 11.12, a) è costituito da un albero di rinvio 3, che riceve la rotazione dal motore diesel 1 attraverso una trasmissione idraulica 2, e da un sistema di timoni che lo collega agli assi mobili 6.

Il timone di guida 4 dell'albero di impatto è collegato a una delle sale montate e la mette in rotazione. Tutte le sale motrici sono interconnesse mediante timoni di accoppiamento 5. La trasmissione del movimento a sale montate con l'aiuto dell'albero di impatto e Fig. 11.9. Coppia ruote locomotiva diesel TEP60

Riso. 11.10. Giunto elastico della trazione della locomotiva diesel TEP60

Riso. 11.11. Schema di trazione con alberi cardanici con sospensione del telaio portante:

a - con un albero cavo del motore di trazione; b - con albero cardanico cavo; in - con alberi cardanici longitudinali del meccanismo del timone, viene utilizzato su locomotive diesel industriali da manovra a due, tre assi, i cui assi si trovano in un telaio rigido comune (TGM1, TGM23). Un meccanismo di timone semplice e affidabile presenta allo stesso tempo notevoli inconvenienti. Il posizionamento direttamente sulle sale montate di massicci timoni e manovelle posizionati eccentricamente porta ad uno squilibrio nel meccanismo e ad effetti dinamici significativi sulla pista, soprattutto ad alte velocità. La necessità di collegare tutti gli assi con timoni non consente l'uso di tale azionamento su locomotive a carrelli. Sulle locomotive a bassa potenza e velocità relativamente bassa, questi svantaggi appaiono insignificanti e la semplicità del design si ripaga da sola. Ciò determina la portata del meccanismo del timone.

La trasmissione cardanica (Fig. 11.12.6) è costituita da alberi cardanici 7 e riduttori assiali 8 sugli assi motori. Tale azionamento, di regola, viene utilizzato sulle locomotive a carrelli. In qualsiasi tipo di meccanismo di trasmissione, l'azionamento degli assi motori nelle locomotive diesel con trasmissione idraulica è un azionamento di gruppo, a differenza dell'azionamento singolo degli assi con trasmissione elettrica. La trasmissione del gruppo consente di realizzare coefficienti di attrito più elevati tra le ruote e la rotaia. In altre parole, un equipaggio con guida di gruppo è meno incline al boxe, che è particolarmente importante per le locomotive da trasporto e da manovra. Questi vantaggi della trasmissione di gruppo hanno portato al suo utilizzo su una locomotiva diesel sperimentale TEM12, dotata di trasmissione elettrica (vedi Fig. 11.11, c). I suoi due motori di trazione sono sospesi sotto il telaio della locomotiva lungo il suo asse; attraverso un riduttore sommatore, la loro potenza viene distribuita agli assi motori mediante un sistema ad albero cardanico.

Riduttori assiali delle locomotive diesel sovietiche - a due stadi. Il cambio (Fig. 11.13) è costituito da due coppie di ingranaggi: conici 1-4 e cilindrici 3-6, collocati in una cassa di acciaio 5. La rotazione del sistema di alberi cardanici viene trasmessa attraverso la flangia all'albero motore 2. Il condotto L'ingranaggio conico 4 è montato direttamente sul perno allungato dell'ingranaggio cilindrico 3. L'ingranaggio condotto 6 si trova direttamente sulla parte centrale dell'asse 7 della sala motrice. Cuscinetti di un rullo riduttore e di una sfera. Questi ultimi percepiscono le forze assiali.