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 formazione 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. AG Tashevsky

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

Linee guida approvate nella riunione del dipartimento

Editor  - 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

Uch. - ed. l. 1.5 Tiratura 100 copie. Ordine n. 63

Edizione dell'Istituto di ingegneria meccanica di San Pietroburgo

San Pietroburgo, Polyustrovsky pr., 14

OP PIMash

ISTRUZIONI GENERALI

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

Volume di insediamento e lavoro grafico- una nota esplicativa su fogli A4 fino a 10 pagine, comprensiva dei dati iniziali, determinazione dei carichi sull'albero, stesura degli schemi di progetto, determinazione delle reazioni degli appoggi, tracciatura dei momenti flettenti, determinazione dei momenti totali, torcenti ed equivalenti, scelta il materiale dell'albero, il calcolo dei diametri dell'albero, il controllo della resistenza in due sezioni, il calcolo delle parti di fissaggio. Un disegno dell'albero sul foglio A3 indicante le dimensioni, la rugosità e gli scostamenti richiesti con sezioni aggiuntive prelevate nelle posizioni delle chiavi.

Oggetto di design– un albero a gradini a due cuscinetti, montato su cuscinetti ad attrito fluido, con ingranaggi fissati su di esso.

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

Carichi agenti - agenti in innesto circonferenziale Ft e radiale Fr forze applicate al centro della larghezza della corona dentata.

Esercizio- riportato in Appendice (Tabelle P1, P2, P3), che mostra uno specifico diagramma dell'albero e le opzioni per i dati iniziali per il progetto:

1. potenza dell'albero N;
2. velocità dell'albero n;
3. distanza tra cuscinetti e ruote dentate montate sull'albero l 1 , l 2 ,l 3 ;
4. diametri iniziali degli ingranaggi d 1 e d 2 ;
5. angolo β tra direzione positiva dell'asse X e asse Y, misurata nella direzione della velocità angolare w.

Sequenza di esecuzione dell'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 degli appoggi nei piani orizzontale e verticale.

5. Determinazione dei momenti flettenti nei piani orizzontali e verticali, momenti totali, torsionali ed equivalenti.

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

7. Determinazione dei diametri degli alberi.

8. Design dell'albero.

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

10. Determinazione del margine di sicurezza dell'albero.

11. Realizzazione di un disegno di lavoro secondo ESKD.

12 Registrazione di una transazione e nota esplicativa per ESKD.

DETERMINAZIONE DELLA COPPIA DELL'ALBERO

Ad una data potenza N, kW e velocità dell'albero n, rpm, (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:

POTENZA- può essere assunta pari alla potenza richiesta del motore elettrico precedentemente determinata, che normalmente è inferiore alla potenza del motore elettrico a catalogo.

Se il catalogo viene preso come calcolato potenza del motore, poi ,[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 dell'azionamento. Per l'albero motore del trasportatore, la differenza tra la velocità ottenuta e quella specificata non deve superare il 5%. Per un'ulteriore progettazione del riduttore, determiniamo il diametro minimo degli alberi nella sezione che trasmette la coppia , mm. Valori di coefficiente DA:

per alberi ad alta velocità 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 BA, Revkov GA Cinghia trapezoidale continua e ingranaggi di attrito, 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.

Firmato per la stampa Circolazione dell'ordine

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

Carta da stampa Formato 60х90/16

MSTU "MAMI", 105839, Mosca, via B.Semenovskaya, 38

Azionamento delle coppie di ruote motrici nella trasmissione elettrica. L'unità può essere individuale o di gruppo. Le locomotive diesel con trasmissione elettrica in URSS e all'estero hanno quasi esclusivamente una trasmissione individuale di set di ruote, ovvero ogni set di ruote ha un motore elettrico di trazione separato che lo mette in rotazione. È possibile anche un azionamento di gruppo: un motore posizionato sul carrello aziona tutte le sue sale montate (carrello monomotore). Questa disposizione, che è stata utilizzata nell'industria delle locomotive francese, presenta alcuni vantaggi in termini di effetti dinamici nel traffico ad alta velocità, nonché nell'uso del peso di accoppiamento (vedi sotto). Con una guida di gruppo, la possibilità di boxe a 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 singolo viene trasmessa mediante un riduttore 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. Nell'ingegneria delle locomotive diesel, a causa delle limitate dimensioni dello spazio per l'alloggiamento del motore elettrico di trazione, è di norma unilaterale, asimmetrico rispetto all'asse longitudinale della locomotiva diesel e quindi 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 di coppia simmetrico rispetto all'asse longitudinale della locomotiva diesel e consente l'uso di 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 eliminazione influenza dannosa distorsioni ai denti dell'ingranaggio conduttore, uno dei lati è realizzato con una leggera smussatura (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 di manovra è più grande e di solito è uguale a 4,41 = 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 ruote motrici dovrebbe garantire la trasmissione della coppia e contemporaneamente la sospensione della massa del motore. Il fatto è che il momento dall'albero motore al set di ruote può essere trasmesso solo se l'alloggiamento del motore è fisso. Tuttavia, se l'alloggiamento è fissato sul telaio del carrello, quando oscilla, l'innesto tra gli ingranaggi del cambio di trazione verrà interrotto. Pertanto, l'alloggiamento del motore collegato al telaio del carrello deve essere collegato contemporaneamente alla sala ruote 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 dal set di ruote dall'altro.

Tale sistema di sospensione per motori di trazione (il motore è rigidamente supportato sull'asse della coppia di ruote e tramite collegamenti elastici sul telaio del carrello) è chiamato sistema di supporto assiale. Quando il motore è supportato sul set di ruote, circa la metà del suo peso viene trasferito rigidamente. Se il motore è completamente fissato sul telaio del carrello, otteniamo una sospensione del telaio di supporto. In questo caso, la trazione deve essere elastica e compensare la cilindrata del motore rispetto al set di ruote.

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

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

Il motore di trazione 1 (Fig. 11.6) ha tre punti di riferimento. Poggia su speciali perni di supporto della parte centrale dell'asse 4 della coppia di ruote con due cuscinetti motore-assiali 15. Il posizionamento dei cuscinetti dell'albero del motore di trazione e dell'asse della coppia di ruote in un alloggiamento garantisce l'invarianza del centro -interasse 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 operanti in parallelo sono compresse tra due clip 6, fissate alle estremità con due bulloni 12. Il set di molle è installato tra le sporgenze (superiore 8 e inferiore 5 ) 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 clip dal basso verso l'alto, fissando il set al telaio. Le aste 9 sono impedite dalla caduta dei rulli 13. Il gruppo molle precompresso dai bulloni 12 è coperto dalle sporgenze 10 del carter motore, e dopo aver allentato i dadi sui bulloni 12 fino all'arresto contro le coppiglie, le molle premere le clip 6 alle sporgenze 10 (le superfici di lavoro delle clip sono rinforzate mediante saldatura su piastre resistenti all'usura sostituibili).

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

I cuscinetti a strisciamento motore-assiali 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 "cappuccio" (coperchio) 19, che è attratto dall'alloggiamento mediante bulloni. La boccola inferiore ha una finestra rettangolare per l'alimentazione del lubrificante (olio assiale) al perno dell'assale.

Sulle locomotive diesel 2TE10L e TEZ con motori di trazione dei tipi ED107 e EDT200B (rispettivamente), i colli sono lubrificati per contatto mediante un'imbottitura di filo di mezza lana. L'olio viene versato nel bagno d'olio nel tappo 19 attraverso l'oliatore superiore 16 nel coperchio. L'imballaggio viene posizionato prima del riempimento dell'olio nella sequenza seguente. 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 - vedi Fig. sezione B-B), che impedisce che la baderna venga abrasa e trascinata nel cuscinetto. Quindi si posizionano cinque matasse di filato semilano preventivamente imbevuto di olio: quattro lungo la fodera, e la quinta, piegata quattro volte, sul fondo del bagno d'olio, premendo le estremità delle prime quattro matasse raddrizzate lungo il fondo . La guarnizione, pressata dalla barra elastica 17, distribuisce uniformemente l'olio su tutta la finestra del liner. Sopra il ripieno viene posizionato uno strato di groviglio 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 motore-assiali, è chiusa da un coperchio di protezione.

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

La scatola esterna ha molle a balestra 8, per l'elasticità di cui è inserita nel distanziatore nel corpo 9. La molla 6 preme la scatola con il polster al collo dell'asse. La pressione della molla (40-60 N) supera la resistenza delle molle distanziatrici 8, che assicurano il contatto del polster con il collo. La leva 7 è collegata con l'asse 1 alla sede 9, sulla quale è fissata anche la molla 6. La sede 9 è montata sulla parete inferiore della calotta 5 del cuscinetto. Il livello di lubrificazione in bagno d'olio è controllato dall'asta 3 del galleggiante 4 all'apertura del coperchio 2 o con uno spessimetro.

Il cambio di trazione è protetto dagli influssi esterni dalla carcassa 14 (vedi Fig. 11.6). L'involucro è costituito da due metà, realizzate in lamiera d'acciaio saldata, 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 di supporto 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 notevolmente il peso delle parti non sospese della locomotiva e, di conseguenza, il suo impatto sul binario. Esistono vari modelli della trasmissione di trazione per la sospensione del telaio di supporto.

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

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 delle sei Fig. 11.8. Lo schema di sospensione del telaio di supporto del motore di trazione è imbullonato ad una staffa in 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 del 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 del set di ruote. 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 di supporto del motore di trazione richiede una trazione elastica e si riflette nella disposizione delle ruote della locomotiva (Fig. 11.9). È composto da asse 3, interasse 6 con pneumatici 8 e anelli di rinforzo 7, albero cavo 4 con azionamenti 1 e 6.

Considera le caratteristiche dei dettagli del set di ruote. L'asse 3 ha un foro centrale passante da 70 mm per alleggerire il peso. Il centro ruota presenta due alette con fori per l'inserimento a pressione dei perni di trascinamento 11 e due fori con un diametro di 200 mm per il passaggio dei perni di trascinamento.

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 rafforzare l'ingranaggio condotto 2.

La coppia dal motore di trazione al set di ruote viene trasmessa tramite giunti elastici (Fig. 11.10) posti su entrambe le ruote. La frizione è costituita da una traversa 6 e quattro guinzagli 5 collegati ad essa in modo girevole da rulli 4. Due guinzagli sono collegati ai perni di trasmissione della frizione 2, gli altri due ai perni centrali della ruota 1. 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 su una locomotiva diesel 2TE121.

Meccanismi di azionamento di locomotive diesel con trasmissioni idrauliche. La coppia dall'albero di uscita della trasmissione idraulica agli assi motori della locomotiva diesel può essere trasmessa sia per mezzo di un meccanismo di timone (manovella), simile a una locomotiva, sia per mezzo di un azionamento cardanico costituito da un sistema di alberi telescopici collegati dalle cosiddette cerniere di Hooke (o giunti cardanici) e ruote dentate.

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

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

L'albero d'urto che guida il timone 4 è collegato ad una delle sale montate e la mette in rotazione. Tutte le sale motrici sono interconnesse da timoni di accoppiamento 5. La trasmissione del movimento a sale montate con l'ausilio dell'asta d'urto 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 una trazione con alberi cardanici con sospensione del telaio di supporto:

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

L'azionamento cardanico (Fig. 11.12.6) è costituito da alberi cardanici 7 e cambi assiali 8 sugli assi motori. Tale azionamento, di regola, viene utilizzato su locomotive a carrello. Con qualsiasi tipo di meccanismo di guida, l'azionamento degli assi motori sulle locomotive diesel con trasmissione idraulica è un azionamento di gruppo, in contrasto con l'azionamento individuale degli assali con trasmissione elettrica. L'azionamento del gruppo consente di realizzare coefficienti di attrito più elevati tra le ruote e la rotaia. In altre parole, un equipaggio con una guida di gruppo è meno incline alla boxe, che è particolarmente importante per le locomotive merci e di manovra. Questi vantaggi di un azionamento di gruppo hanno portato al suo utilizzo su una locomotiva diesel sperimentale TEM12, che ha una 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 è distribuita agli assi motori da 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: conica 1-4 e cilindrica 3-6, collocata in una cassa di acciaio 5. La rotazione del sistema ad albero cardanico viene trasmessa attraverso la flangia all'albero di trasmissione 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 ruota motrice. Cuscinetti di un riduttore a rulli e sfere. Questi ultimi percepiscono le forze assiali.