CALCULUL SI PROIECTAREA ARBORELOR

Instrucțiuni
la aşezare şi lucrare grafică pentru studenţi
toate specialitățile

Sankt Petersburg 2012

Calculul și proiectarea arborelui: Instrucțiuni metodologice de calcul - lucrare grafică pentru studenții învățământului mixt și seral de toate specialitățile.

Este subliniată procedura de calcul a arborelui, sunt date și sistematizate date de referință privind alegerea parametrilor individuali.

Alcătuit de: doctor în științe tehnice, prof. A.G. Taşevski

Recensori: dr., prof. A.V. Priemyshev
dr., conf. univ. A.A. Janson

Orientări aprobate în ședința departamentului

Editor  - G.L. Chubarova

P21(03)

Semnat pentru tipărire 23.11.2004 Format 60x90 1/16

Tip de hârtie. Numărul 3. Imprimare offset. Conv. cuptor l. 1.5

Uh. - ed. l. 1.5 Tiraj 100 de exemplare. Ordinul nr. 63

Ediția Institutului de Inginerie Mecanică din Sankt Petersburg

Sankt Petersburg, Polyustrovskiy pr., 14

OP PIMash

INSTRUCȚIUNI GENERALE

Scopul ghidurilor- consolidarea cunoștințelor la cursul „Fundamentele proiectării mașinilor”, dezvoltarea abilităților de calcul și proiectare, capacitatea de a utiliza materiale și standarde de referință.

Volumul așezării și lucrării grafice- o notă explicativă pe coli A4 de până la 10 pagini, cuprinzând datele inițiale, determinarea sarcinilor pe arbore, întocmirea schemelor de proiectare, determinarea reacțiilor suporturilor, trasarea momentelor încovoietoare, determinarea momentelor totale, cuplului și echivalente, alegerea materialul arborelui, calculul diametrelor arborelui, verificarea rezistenței în două secțiuni, calculul pieselor de prindere. Un desen al arborelui pe foaia A3 indicând dimensiunile necesare, rugozitatea și abaterile cu secțiuni suplimentare scoase la locațiile cheilor.

Obiect de design– un arbore treptat cu doi rulmenti, montat pe rulmenti cu frictiune fluida, cu roti dinţate fixate pe acesta.

schema circuitului arborele- un arbore cu două lagăre cu o dispunere diferită față de suporturile și roți dințate drepte fixate pe acesta, angrenând cu alte roți dințate situate la unghiuri diferite, este considerată ca o grindă pe suporturi articulate.

Sarcini de acționare - care acționează în circumferențială de angajare F tși radiale F r forțele aplicate la mijlocul lățimii inelare.

Exercițiu- dat în Anexă (Tabelele P1, P2, P3), care prezintă o diagramă specifică a arborelui și opțiuni pentru datele inițiale pentru proiectare:

1. puterea arborelui N;
2. viteza arborelui n;
3. distanța dintre rulmenți și roți dințate fixate pe arbore l 1 ,l 2 ,l 3 ;
4. diametrele initiale ale angrenajelor d 1 și d 2 ;
5. colţ β între direcția pozitivă a axei X si axa Y, măsurată în direcția vitezei unghiulare w.

Secvența de execuție a sarcinii:

1. Definiția cuplului T pe ax.

2. Definirea fortelor F tși F r acţionând asupra arborelui.

3. Întocmirea schemelor de proiectare a arborelui în plan orizontal și vertical.

4. Determinarea reacţiilor suporturilor în plan orizontal şi vertical.

5. Determinarea momentelor încovoietoare în plan orizontal și vertical, momentele totale, de torsiune și echivalente.

6. Alegerea materialului arborelui, scopul tratamentului termic, determinarea tensiunilor de încovoiere admisibile.

7. Determinarea diametrelor arborelui.

8. Proiectarea arborelui.

9. Selectarea și verificarea pieselor de prindere pe arbore.

10. Determinarea marjei de siguranță a arborelui.

11. Realizarea unui desen de lucru conform ESKD.

12 Înregistrarea unei decontări și a unei note explicative pentru ESKD.

DETERMINAREA CUPLULUI ARBORELOR

La o putere dată N, kW și viteza arborelui n, rpm, (tab. P1, P2, P3 Ap.) cuplu T, Nm:

Pentru confortul calculelor ulterioare, numerotăm succesiv arborii pornind de la arborele motorului.

Pentru primul arbore definim:

PUTERE- poate fi luată egală cu puterea necesară a motorului electric determinată anterior, care este de obicei mai mică decât puterea motorului electric din catalog.

Dacă catalogul este luat ca fiind calculat puterea motorului, apoi ,[kW].

Frecvența de rotație- egal asincron frecvența de rotație a arborelui motorului, [min -1].

Cuplu- este determinat de formula

,

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

unde i este numarul arborelui, j este numarul transmisiei diagramei cinematice a actionarii. Pentru arborele de antrenare al transportorului, diferența dintre viteza obținută și cea specificată nu trebuie să depășească 5%. Pentru proiectarea ulterioară a cutiei de viteze, determinăm diametrul minim al arborilor în secțiunea care transmite cuplul , mm. Valorile coeficientului DIN:

pentru arbori de mare viteză С=7,1....6,5; pentru arborele intermediar C= 6,5....5,8 ; pentru arbori de viteză mică С= 5,8....4,6 . Dacă arborele cutiei de viteze de mare viteză este conectat la arborele motorului printr-un cuplaj, atunci diametrul său este determinat ca

Rezultatele calculului sunt înscrise în tabelul 5:

Tabelul 5. .

tipul si nr j de transmisie între arbori

Cureaua trapezoidala

angrenaj conic

angrenaj drept

N*m

diametrul minim al arborelui

1. Roboți industriali în inginerie mecanică. Album de scheme și desene, ed. Solomentseva Yu.M. M, Inginerie mecanică 1987.

Kozyrev Yu.G. Roboți industriali. Manual, M., Mashinostroenie, 1987.

Pronin B.A., Revkov G.A. Cureaua trapezoidală fără trepte și angrenajele de frecare, M., Mashinostroenie, 1980

Ghid Nr. 1031 Acționări pentru roboți industriali. MAMI, 1988

Olga Anatolyevna Cikhacheva, Vladimir Anatolyevich Ryabov,

Calculul general al unității.

Orientări pentru proiectarea cursurilor pentru studenți

toate specialitățile de inginerie.

Semnat pentru tipărire Tirajul Comenzii

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

Hârtie de imprimare Format 60х90/16

MSTU "MAMI", 105839, Moscova, str. B.Semenovskaya, 38

Acționarea perechilor de roți motoare în transmisia electrică. Conducerea poate fi individuală sau de grup. Locomotivele diesel cu transmisie electrică în URSS și în străinătate au aproape exclusiv o transmisie individuală a seturilor de roți, adică fiecare set de roți are un motor electric de tracțiune separat care îl pune în rotație. De asemenea, este posibilă o conducere în grup: un motor amplasat pe boghiu antrenează toate roțile sale (boghiu monomotor). Acest aranjament, care a fost folosit în industria locomotivă franceză, prezintă unele avantaje în ceea ce privește efectele dinamice în traficul de mare viteză, precum și în utilizarea greutății de cuplare (vezi mai jos). Cu o unitate de grup, posibilitatea de boxare a perechilor de roți este redusă semnificativ. Cu toate acestea, pe boghiurile cu trei axe, aranjamentul cu un singur motor necesită un sistem complex de viteze pentru a transfera cuplul la roți. Prin urmare, în industria autohtonă a locomotivelor diesel este utilizată doar o unitate individuală.

Cuplul de la motorul de tracțiune la perechea de roți cu o transmisie individuală este transmis folosind o cutie de viteze de tracțiune cu o singură treaptă, constând dintr-o pereche de angrenaje cilindrice: angrenajul de antrenare - pe arborele motorului de tracțiune și angrenajul condus - pe axa pereche de roți. În ingineria locomotivelor diesel, datorită dimensiunilor limitate ale spațiului pentru găzduirea motorului electric de tracțiune, de regulă, acesta este unilateral, asimetric față de axa longitudinală a locomotivei diesel și, prin urmare, este format din roți dințate drepte. (În construcția de locomotive electrice, se folosește și o transmisie în două sensuri - angrenajele de antrenare sunt situate la ambele capete ale arborelui motorului de tracțiune. Această schemă face transferul cuplului simetric față de axa longitudinală a locomotivei diesel și permite utilizarea elicoidalelor. angrenaje, care se disting printr-o funcționare mai lină.)

Cu o transmisie unidirecțională, unele deplasări ale axelor angrenajelor și distorsiunile dinților din plasă sunt inevitabile, ceea ce duce la uzura neuniformă a acestora. Pentru eliminare influență nocivă distorsiuni la dinții angrenajului de antrenare, una dintre laturi este realizată cu o ușoară teșire (cu 0,20-0,24 mm). Astfel, dinții sunt pre-teșiți la un unghi de 5-6" în direcția opusă dezalinierii sub sarcină, astfel încât în ​​timpul funcționării, contactul dintre dinții ambelor roți dințate devine mai uniform pe lungimea lor.

Raportul de transmisie al cutiei de viteze de tracțiune depinde de scopul locomotivei diesel: pentru locomotivele de marfă și de manevră este mai mare și este de obicei 4,41 \u003d 75 / 17, pentru cele de pasageri este mai mic (de exemplu, pentru locomotivele diesel TEP60 - 2,32 , pentru TEP70 - 3.12).

Suspendarea motoarelor de tracțiune pe boghiu cu antrenare individuală a seturilor de roți ar trebui să asigure transmiterea cuplului în timp ce simultan ar fi susținută masa motorului. Cert este că momentul de la arborele motorului la setul de roți poate fi transmis doar dacă carcasa motorului este fixă. Cu toate acestea, dacă carcasa este fixată pe cadrul boghiului, atunci când acesta oscilează, cuplarea între angrenajele cutiei de viteze de tracțiune va fi perturbată. Prin urmare, carcasa motorului conectată la cadrul boghiului trebuie să fie conectată simultan la setul de roți, astfel încât distanța dintre centru și centru a cutiei de viteze să nu se modifice. Acest lucru poate fi asigurat dacă motorul este sprijinit pe cadrul boghiului pe o parte și pe setul de roți pe cealaltă.

Un astfel de sistem de suspensie pentru motoarele de tracțiune (motorul este sprijinit rigid pe axa perechii de roți și prin legături elastice pe cadrul boghiului) se numește sistem axial-suport. Când motorul este sprijinit pe setul de roți, aproximativ jumătate din greutatea acestuia este transferată rigid. Dacă motorul este complet fixat pe cadrul boghiului, obținem o suspensie cadru suport. În acest caz, tracțiunea trebuie să fie elastică și să compenseze deplasarea motorului față de setul de roți.

Prima schemă este utilizată pe locomotivele diesel de marfă în serie și de manevră, a doua (mai complexă din punct de vedere structural) - pe locomotivele diesel de transport de pasageri și de marfă puternice (2TE121).

Suspensia axială-suport a motoarelor de tracțiune a devenit cea mai răspândită în industria locomotivă diesel sovietică (locomotive 2TE10V, TEZ, 2TE116, TEM2 etc.).

Motorul de tracțiune 1 (Fig. 11.6) are trei puncte de referință. Acesta se sprijină pe rulmenți speciali ai părții din mijloc a axei 4 a perechii de roți cu doi rulmenți motor-axiali 15. Amplasarea lagărelor arborelui motorului de tracțiune și axului perechii de roți într-o singură carcasă garantează invarianța distanța centru-centru a angrenajului 2-3 (în limitele toleranțelor pentru uzura rulmenților) .

Al treilea suport (suspensia de cadrul boghiului) se realizează elastic - printr-un set de arcuri format din patru arcuri 7. Arcurile care funcționează în paralel sunt comprimate între două cleme 6, fixate la capete cu două șuruburi 12. Setul de arcuri este instalat. între proeminențele (superioare 8 și inferioare 5 ) suport de suspensie turnat sudat pe cadrul boghiului. De-a lungul axei arcurilor extreme ale setului, două tije 9 sunt trecute prin orificiile din proeminențe și cleme de jos în sus, fixând setul de cadru. Tijele 9 sunt împiedicate să cadă de rolele 13. Setul de arc, precomprimat de șuruburile 12, este acoperit de proeminențele 10 ale carcasei motorului, iar după slăbirea piulițelor de pe șuruburile 12 până se oprește în știfturi, arcuri presează clemele 6 pe proeminențele 10 (suprafețele de lucru ale clemelor sunt întărite prin sudură pe plăci rezistente la uzură înlocuibile). unsprezece).

Orez. 11.6. Suspensie suspensie axială a motorului de tracțiune

Rulmenții de alunecare axiali motor constau fiecare din două căptușeli din bronz plumb OCS 4-4-17. O inserție - cea superioară - este introdusă în orificiul carcasei motorului de tracțiune, a doua - cea inferioară - în „capacul” (capac) 19, care este atras de carcasă de șuruburi. Bucșa inferioară are o fereastră dreptunghiulară pentru alimentarea cu lubrifiant (ulei axial) la pivotul axei.

La locomotivele diesel 2TE10L și TEZ cu motoare de tracțiune de tipurile ED107 și EDT200B (respectiv), gâturile sunt lubrifiate prin contact folosind o umplutură din fire de jumătate de lână. Uleiul este turnat în baia de ulei din capacul 19 prin uleiul superior 16 din capac. Ambalajul este plasat înainte de umplerea cu ulei în următoarea secvență. Mai întâi, un tampon de pâslă a este plasat direct pe gât de-a lungul peretelui cavității capacului (prezentat în Fig. 11.6 cu o linie neagră continuă - vezi Fig. secțiunea B-B), ceea ce previne abraziunea și tragerea garniturii în rulment. Apoi, se așează cinci țevi de fire de semi-lână înmuiate în prealabil cu ulei: patru de-a lungul căptușelii, iar a cincea, împăturită de patru ori, pe fundul băii de ulei, apăsând capetele primelor patru țevi îndreptate de-a lungul fundului. . Garnitura, presată de bara cu arc 17, distribuie uniform uleiul pe toată fereastra din căptușeală. Deasupra umpluturii se pune un strat de bumbac inmuiat in ulei. Nivelul de lubrifiere în rulment este verificat cu o sondă înclinată prin uleiul inferior 18. Înălțimea acestuia (de-a lungul sondei) trebuie să fie între 45-90 mm.

Partea de mijloc a axei, între rulmenții motor-axiali, este închisă de un capac de protecție.

La motoarele electrice de tracțiune ale locomotivelor 2TE10V, se utilizează o lubrifiere „polster” mai avansată a rulmenților motor-axiali. Pentru a furniza lubrifiant în fiecare rulment, se folosește un pachet („polster”) 12 din două plăci de pâslă, cu fitiluri de bumbac între ele. Pachetul este fixat în cutia 11 cu un suport 10 (Fig. 11.7).

Cutia exterior are arcuri lamelare 8, datorită elasticității cărora este introdusă în distanțierul din corpul 9. Arcul 6 presează cutia cu polsterul de gâtul osiei. Presiunea arcului (40-60 N) depaseste rezistenta arcurilor distantiere 8, ceea ce asigura contactul polsterului cu gatul. Pârghia 7 este legată cu axa 1 de carcasa 9, pe care este fixat și arcul 6. Carcasa 9 este montată pe peretele inferior al capacului 5 al rulmentului. Nivelul de lubrifiere în baia de ulei este controlat de tija 3 a flotorului 4 când capacul 2 este deschis sau cu un calibre.

Cutia de viteze de tracțiune este protejată de influențele externe prin carcasa 14 (vezi Fig. 11.6). Carcasa este formată din două jumătăți, realizate din tablă de oțel prin sudură, și se fixează pe carcasa motorului în trei puncte. Partea inferioară a carcasei servește ca recipient pentru lubrifiere (tip STP) în cantitate de 3,5 litri (la locomotivele diesel 2TE116 - până la 5 litri).

Suspensia cu cadru de susținere a motoarelor de tracțiune diferă de suspensia axială de susținere prin faptul că întreaga greutate a motorului de tracțiune este transferată pe cadrul boghiului. Acest lucru reduce în mod semnificativ greutatea părților nesurate ale locomotivei și, în consecință, impactul acesteia asupra șinei. Există diferite modele ale sistemului de tracțiune pentru suspensie cu cadru de susținere.

Orez. 11.7. Rulment motor-axial cu polster Una dintre cele mai comune este antrenamentul cu arbore tubular si cuplaj pivotant. O astfel de unitate este folosită de compania franceză Alstom, așa că uneori este numită simplu „unitate de tip Alstom”. Acest tip de antrenare cu suspensie cu cadru de susținere a fost utilizat la locomotivele diesel TEP60 (Fig. 11.8) și primul TEP70 (până la Nr. 008).

Motorul de tracțiune 4 (vezi Fig. 11.8) cu două labe 5-tides pe partea laterală a cadrului său - se sprijină pe consolele 6, montate pe grinda transversală a cadrului boghiului. Pe cealaltă parte a scheletului motorului, în mijlocul celor șase Fig. 11.8. Schema de suspensie a cadrului de susținere a motorului de tracțiune este fixată cu șuruburi pe un suport din oțel turnat 1, care se sprijină pe suportul 7 pe o altă grindă transversală a cadrului boghiului. Astfel, motorul are trei puncte de sprijin pe cadrul boghiului, asigurand montarea corecta a acestuia.

Rulmenții motor-axiali ai motorului montați pe cadru nu se sprijină pe axa 2, ci susțin arborele tubular 3 - un manșon cilindric cu diametrul exterior de 315 mm, pe care este montat angrenajul antrenat al cutiei de viteze de tracțiune. Arborele tubular 3 acoperă axa 2 a setului de roți. Jocul radial dintre suprafața interioară a arborelui tubular și ax este în medie de 35 mm. O astfel de valoare exclude complet posibilitatea contactului dintre aceste părți în timpul vibrațiilor șasiului.

Suspensia-cadru de susținere a motorului de tracțiune necesită o acționare elastică de tracțiune și se reflectă în dispunerea setului de roți a locomotivei (Fig. 11.9). Se compune din axa 3, centrele roților 6 cu anvelope 8 și inele de armare 7, arbore tubular 4 cu transmisii 1 și 6.

Luați în considerare caracteristicile detaliilor setului de roți. Axa 3 are un orificiu central de 70 mm pentru a ușura greutatea. Centrul roții are două urechi cu orificii pentru presarea bolțurilor de antrenare 11 și două orificii cu diametrul de 200 mm pentru trecerea bolțurilor de antrenare.

Dispozitivele de antrenare 1 și 6 cu știfturi de antrenare 10 sunt montate la cald pe capetele arborelui tubular 3 și fixate cu știfturile 5. Una dintre antrenările (/) are o flanșă de disc pentru a întări angrenajul condus 2.

Cuplul de la motorul de tracțiune la setul de roți este transmis prin cuplaje elastice (Fig. 11.10) situate pe ambele roți. Cuplajul constă dintr-o traversă 6 și patru legături 5 articulate de acesta prin role 4. Două leși sunt conectate la știfturile de antrenare a ambreiajului 2, celelalte două la știfturile 1 din centrul roții. Capetele lesilor sunt puse pe degete prin amortizoare de cauciuc 3.

Există și alte scheme de antrenare de tracțiune cu suspensie cu cadru de susținere a motoarelor de tracțiune (Fig. 11.11). Una dintre aceste scheme (cu un arbore tubular al unui motor de tracțiune) a fost utilizată pe o locomotivă diesel 2TE121.

Mecanisme de antrenare a locomotivelor diesel cu transmisii hidraulice. Cuplul de la arborele de ieșire al transmisiei hidraulice către axele motoare ale locomotivei diesel poate fi transmis fie folosind un mecanism cu bară de remorcare (manivelă și tijă), similar unei locomotive, fie folosind un cardan de antrenare constând dintr-un sistem telescopic. arbori legați prin așa-numitele articulații Hooke (sau cuplaje cardanice) și angrenaje ale osiilor.

Legăturile arborelui canelat telescopic permit, în anumite limite, modificări ale distanțelor dintre arborele de ieșire al transmisiei și dispozitivele de antrenare de pe osii, care sunt inevitabile în timpul deplasării și oscilațiilor locomotivei. Balamalele permit, de asemenea, nealinierea rezultată a arborilor.

Mecanismul barei de tracțiune (Fig. 11.12, a) constă dintr-un arbore de picior 3, care primește rotația de la un motor diesel 1 printr-o transmisie hidraulică 2 și un sistem de bare de tracțiune care îl conectează la axele mobile 6.

Bara de antrenare a arborelui de impact 4 este conectată la unul dintre seturile de roți și îl pune în rotație. Toate roțile motrice sunt interconectate prin cuplarea barelor de tracțiune 5. Transmiterea mișcării către seturi de roți cu ajutorul arborelui de impact și Fig. 11.9. Pereche de roți de locomotivă diesel TEP60

Orez. 11.10. Cuplaj elastic al sistemului de tracțiune al locomotivei diesel TEP60

Orez. 11.11. Schema unei transmisii de tracțiune cu arbori cardanici cu suspensie cadru suport:

a - cu ax tubular al motorului de tractiune; b - cu cardan tubular; în - cu arbori cardanici longitudinali ai mecanismului de remorcare, este utilizat pe locomotive industriale diesel de manevră cu două, trei osii, ale căror axe sunt amplasate într-un cadru rigid comun (TGM1, TGM23). Un mecanism de bară de tracțiune simplu și fiabil are în același timp dezavantaje semnificative. Plasarea barelor și manivelelor masive amplasate excentric direct pe perechile de roți duce la un dezechilibru în mecanism și la efecte dinamice semnificative asupra pistei, în special la viteze mari. Necesitatea de a conecta toate osiile cu bare de tracțiune nu permite utilizarea unei astfel de acționări pe locomotivele cu boghiuri. Pe locomotivele cu putere redusă și cu viteză relativ mică, aceste dezavantaje apar nesemnificativ, iar simplitatea designului se plătește de la sine. Aceasta determină domeniul de aplicare al mecanismului barei de remorcare.

Acționarea cardanului (Fig. 11.12.6) este alcătuită din arbori cardanici 7 și cutii de viteze axiale 8 pe axele motoare. O astfel de unitate, de regulă, este utilizată pe locomotivele cu boghiuri. Cu orice tip de mecanism de antrenare, antrenarea axelor conducătoare la locomotivele diesel cu transmisie hidraulică este o acționare de grup, spre deosebire de antrenarea individuală a osiilor cu transmisie electrică. Acționarea în grup face posibilă realizarea unor coeficienți de frecare mai mari între roți și șină. Cu alte cuvinte, un echipaj cu o unitate de grup este mai puțin predispus la box, ceea ce este deosebit de important pentru locomotivele de marfă și de manevră. Aceste avantaje ale unei acționări de grup au condus la utilizarea acesteia pe o locomotivă diesel experimentală TEM12, care are o transmisie electrică (vezi Fig. 11.11, c). Cele două motoare de tracțiune ale sale sunt suspendate sub cadrul locomotivei de-a lungul axei acesteia; printr-o cutie de viteze însumată, puterea lor este distribuită la osiile motoare printr-un sistem de arbore cardanic.

Cutii de viteze axiale ale locomotivelor diesel sovietice - în două trepte. Cutia de viteze (Fig. 11.13) este formată din două perechi de angrenaje: conic 1-4 și cilindric 3-6, plasate într-o carcasă de oțel 5. Rotirea sistemului de arbore cardanic este transmisă prin flanșă la arborele de antrenare 2. angrenajul conic 4 este montat direct pe trunionul alungit al angrenajului cilindric 3. Angrenajul condus 6 se așează direct pe partea de mijloc a osiei 7 a setului de roți motoare. Rulmenți cu role reducătoare și bile. Aceștia din urmă percep forțele axiale.