Консольная нагрузка редуктора что это

Определение консольных сил

Консольную нагрузку на выступающие из редуктора концы валов создают установленные на них зубчатые колеса, шкивы и звездочки, ременных и цепных передач, а также муфты, соединяющие двигатель с редуктором или редуктор с исполнительным механизмом.

Если на выступающем из редуктора консольном конце вала находятся зубчатые колеса, шкивы, звездочки, действующая на консоли нагрузка перпендикулярна оси вала и определяется при расчете соответствующей передачи. При этом передача может быть направлена вертикально, горизонтально или под углом θ к горизонту. В случае наклонного расположения передачи консольную силу нужно разложить на вертикальную F_y и горизонтальную F_x составляющие.

Консольная сила от муфты может быть предварительно рассчитана по ГОСТ Р 50891-96:

на тихоходном валу (выходном)

для одноступенчатых цилиндрических, конических и планетарных редукторов;

На быстроходном валу (входном):

для всех типов редукторов.

Консольная сила от муфты перпендикулярна оси вала, но ее направление может быть любым (зависит от случайных неточностей монтажа муфты). Поэтому часто рекомендуется принять следующий случай нагружения – направить силу противоположно силе , что увеличит напряжения и деформацию вала. Можно рекомендовать также следующее: сначала определяют нагрузки на опоры только от сил в зацеплении зубчатых колес или иных сил, линии, действия которых известны (направления отдельных составляющих могут поменяться при реверсировании); находят абсолютные значения максимальных нагрузок на опоры при различных направлениях вращения. Затем определяют нагрузки на опоры от произвольно направленных сил и полученные абсолютные значения всех нагрузок на соответствующие опоры арифметически (без учета направления) складывают. В этом случае действительно получается наиболее опасный случай нагружения опор.

2. Нагрузки на валы

Нагрузками на валы являются рассчитанные ранее силы от зубчатых и червячных передач, натяжение ремня или цепи соответствующих передач, силы от муфт и крутящие моменты. Собственной массой вала и деталей, насажанных на вал, обычно пренебрегают.

Если не известна консольная нагрузка на входной и выходной валы редуктора, то, согласно ГОСТ Р 50891-96 «Редукторы общего назначения», конструкция редуктора должна предусматривать возможность восприятия радиальной консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части входной или выходной части вала.

Нагрузки прикладываются в середине ширины детали. Место приложения нагрузки выбирается в соответствии с кинематической схемой редуктора и всего привода. Направление сил должно выбираться таким образом, чтобы получить наихудшие условия загружения вала из всех возможных вариантов. Особое внимание необходимо уделять правильному взаимному расположению сил при установке на валу двух и более передающих крутящий момент деталей. Для этого вал с насажанными на него деталями и действующими на них силами целесообразно представлять в аксонометрии. Направление сил устанавливается также в соответствии со схемой привода путем «проворота» схемы. Это значит, что необходимо со стороны двигателя провернуть валы всей кинематической цепи и рассмотреть при этом, где приложены силы, куда они направлены и все это перенести на схему рассчитываемого вала. Направление вращения должно быть выбрано таким, чтобы приводной вал исполнительной машины вращался в направлении, указанном в техническом задании. Если в задании не указано направление вращения, надо выбрать направление, создающее максимальное загружение вала.

2.1. Зубчатые цилиндрические передачи

2.1.1 Прямозубые, косозубые

В зубчатых прямозубых цилиндрических передачах (рис.1) действуют две усилия: окружное F_t и радиальноеF_R. В косозубой передаче (рис.2), добавляется осевое усилиеF_A. Направление осевого усилия, как показано на рисунке, определяется направлением окружного усилия и направлением наклона зуба. Следует помнить, что силы, действующие со стороны ведущих элементов на ведомые, являются активными, т.е. окружные силы на ведомые элементы совпадают по направлению с окружной скоростью. А силы, действующие со стороны ведомых элементов на ведущие, — реактивными, т.е. окружные силы на ведущие элементы и окружная скорость направлены противоположно.

На примере косозубой передачи покажем природу действия сил на вал.

В центре вала (рис.3) приложим две равные и противоположно направленные силы F_t₂. Тогда, относительно центра вала будет действовать силаF_t₂ и моментM_t₂, равный паре силF_t₂на плечеd₂/2, гдеd₂ – начальный диаметр колеса. СилаF_t₂будет изгибать вал в горизонтальной плоскости, создавая напряжения изгиба. МоментM_t₂ будет вызывать напряжение кручения.

На оси вала приложим две равные и противоположно направленные силыF_A₂. Тогда, вдоль оси вала будет действовать силаF_t₂ и моментM_A₂, равный паре силF_A₂на плечеd₂/2, гдеd₂ – начальный диаметр колеса. Кроме того, силаF_R₂ перемещается вдоль линии действия и прикладывается к валу. Таким образом, в вертикальной плоскости вал будут изгибать силаF_R₂ и моментM_A₂, создавая напряжения изгиба. СилаF_A₂, действующая вдоль оси вала будет создавать напряжения сжатия или растяжения в зависимости от того, какая опора будет воспринимать осевую силу. Эти напряжения будут малы по сравнению с напряжениями изгиба, поэтому они в расчетах не участвуют.

2.1.2. Шевронная передача

Если оба части шестерни выполнены за одно целое с валом, по полному моменту на валу определяют действующие в зацеплении силы, делят их пополам и прикладывают в средней части каждой части шестерни: радиальную и осевую в вертикальной плоскости (рис.5), окружную – в горизонтальной плоскости.

Колесо выполняется насадным, поэтому полные нагрузки прикладывают в средней части блока (рис.6).

2.2. Конические зубчатые передачи

В конических передачах как с прямым, так и непрямым зубом действует три силы: окружная, радиальная и осевая (рис.7). В передаче с непрямым зубом радиальная сила может иметь противоположное направление. Радиальное и осевое усилие изгибают вал в одной плоскости, а окружное усилие изгибает вал в другой плоскости. Момент кручения вызывает напряжения кручения.

2.3. Червячная передача

В червячной передаче, прежде всего, в соответствии с кинематической схемой привода следует определить направление вращения червяка как ведущего элемента и задаться направлением винтовой линии червяка. Тогда окружное усилие червяка F_t₁будет направлено против направления его вращения (вид сверху на червяк, рис.8). Восстановим нормальNк винтовой линии червяка и построим силовой четырехугольник.F_a₁будет осевым усилием червяка. Противоположно направленной будет окружное усилие колесаF_t₂. Отсюда следует, что колесо будет вращаться против часовой стрелки. Простановка всех сил в червячном зацеплении показана на рис.8.

6. Нагрузки валов редуктора Общие положения.

Редукторные валы испытывают два вида деформации—изгиб и кручение. Деформация кручения на валах возникает под действием вращающих моментов, приложенных со стороны двигателя и рабочей машины. Деформация изгиба валов вызывается силами в зубчатом зацеплении закрытой передачи.

6.1. Определение сил в зацеплении закрытых передач

В проектируемых приводах конструируются цилиндрические косозубые редукторы с углом наклона зуба β = 8. 16°. Угол зацепления принят α = 20°.

На рис. 6.1 дана схема сил в зацеплениях цилиндрической передачи при различных направлениях наклона зубьев и вращения двигателя. За точку приложения сил принимают полюс зацепления в средней плоскости колеса.

Рис. 6.1. Схема сил в зацеплении косозубой цилиндрической передачи:

а — направление линии зуба колеса — левое, шестерни—правое; б — колеса — правое, шестерни — левое. Схемы 1, 2 — вращение быстроходного вала по часовой стрелке; схемы 3, 4 — против часовой стрелки (смотреть слева).

Значения сил определить по табл. 6.1.

Таблица 6.1. Силы в зацеплении закрытой передачи

Силы в зацеплении

Значение силы, Н

П р им е ч а н и е. Величины, входящие в формулы для определения сил:

1. Т₁ и Т₂ — вращающие моменты на быстроходном и тихоходном валах редуктора, Н*м (см. табл. 2.5);

2. d₁ и d₂ — делительные диаметры червяка и колеса червячной передачи и внешний делительный диаметр колеса конической, мм (см. табл. 4.5, 4.8, 4.11);

3. β — угол наклона зубьев цилиндрических колес (см. табл. 4.5);

6.2. Определение консольных сил

В проектируемых приводах конструируются цилиндрические передачи с косыми зубьями, а также ременные, определяющие консольную нагрузку на выходные концы валов. Кроме того, консольная нагрузка вызывается муфтами, соединяющими двигатель с редуктором или редуктор с рабочей машиной.

Схема сил в зацеплении закрытых зубчатых передач; угол зацепления α = 20° (см. рис. 6.1, 6.2).

Определение направления консольных сил со стороны передач гибкой связью и муфт F_о_п см, 6.3, п. 7.

Значения консольных сил определить по табл. 6.2.

Вид открытой передачи

Характер силы по направлению

Значение силы, Н

Силовая схема нагружения валов редуктора предоставлена в приложении

6.3. Силовая схема нагружения валов редуктора

Силовая схема нагружения валов имеет целью определить направление сил в зацеплении редукторной пары, реакций в подшипниках, а также направление вращающих моментов и угловых скоростей валов.

Схема выполняется на миллиметровой бумаге формата А4 карандашом и должна содержать: название схемы; силовую схему нагружения валов в изометрии; координатную систему осей X, У, Z для ориентации схемы; основную надпись—форма 2 а (см. 14.1, п. 3; табл. 14.1, 14.2); таблицу силовых и кинематических параметров передачи (см. рис. 6.4. 6.6).

Рекомендуется следующий порядок выполнения силовой схемы:

1. Наметить расположение элементов силовой схемы в соответствии с кинематической схемой привода (см. задачу 1).

2.Произвольно расположить и разноцветно вычертить аксонометрические оси X, У, Z (под углом 120°): векторы сил в зацеплении, консольных сил и реакций в подшипниках изобразить цветом соответствующей оси (см. пп. 6, 7,8)

3. Вычертить в произвольных размерах (соблюдая пропорции) валы и, установленные на них подшипники, редукторную пару, элемент открытой передачи в соответствии с условными обозначениями по ГОСТ 2.770—68 (табл. 6.3). Обозначить подшипники: А иB—на быстроходном валу, С и D — на тихоходном.

4. Выбрать направление винтовой линии колес. В цилиндрических косозубых передачах принять шестерню с левым зубом, колесо — с правым; (см. рис. 6.1. 6.3).

5. Определить направление вращения быстроходного и тихоходного валов редуктора (ω₁, и ω₂) по направлению вращения двигателя.

Направление вращения двигателя выбрать в соответствии с направлением вращения приводного вала рабочей машины.

Если привод реверсивный, то направление вращения двигателя можно выбрать произвольно.

6. Определить направление сил в зацеплении редукторной пары в соответствии с выбранным направлением винтовой линии и вращения валов: на шестерне — F_t₁, F_r₁, F_а₁ и на колесе F_t₂, F_r₂, F_а₂ (см. рис. 6.1. 6.3). Силы F_t₁ и F_t₂ направлены так, чтобы моменты этих сил уравновешивали вращающие моменты Т₁ и Т_2, приложенные к валам редуктора со стороны двигателя и рабочей мдшины: F_t₁ направлена противоположно вращению шестерни, F_t₂ — по направлению вращения колеса.

7. Определить направление радиальных реакций в подшипниках.

Радиальные реакции в подшипниках быстроходного и тихоходного валов направить противоположно направлению окружных (F_t₁ и F_t₂) и радиальных (F_r₁ и F_r₂) сил в зацеплении редукторной передачи. Точка приложения реакции — середина подшипника. При этом считать, что реакции от действия консольных нагрузок геометрически сложены с реакциями от сил зацепления. Реакции обозначить буквой R с индексом, указывающим данный подшипник и соответствующее направление координатной оси ( и т. п.).

8. Определить направление суммарных реакций в подшипниках геометрическим сложением радикальных реакций в вертикальной и горизонтальной плоскостях методом параллелограмма. Индекс обозначения суммарной реакции указывает данный подшипник ( и т. п.).

9. Составить табличный ответ к задаче 6. Конструкция таблицы зависит от сочетания вида редуктора и открытой передачи, входящих в проектируемый привод, и ее следует выполнить аналогично примерам на рис. 6.4. 6.6.

Консольные и осевые нагрузки на выходной вал редуктора Watt Drive (Ватт Драйв) серии WEG

Радиальные нагрузки (FrN), указанные в соответствующих таблицах выбора, относятся к редукторам с силой, действующей на центр вала (x = l / 2). Указанные допустимые радиальные нагрузки основаны на наименее благоприятном направлении нагрузки и рассчитано для стандартных валов и стандартных подшипников. Другие направления нагрузки и действия могут быть рассчитаны с помощью уравнения от Q1 до Q3. Если элементы редуктора размещены на выходном валу, необходимо установить соответствующий коэффициент (fz), также необходимо учитывать при определении радиальной нагрузки.

Используйте следующие уравнения Q1 и Q2 для расчета допустимых радиальных нагрузок на выходной вал. Q3 рассчитать реальные существующие нагрузки на вал для вашего устройства. Результаты необходимо сравнить с помощью уравнения Q4.

Зубчатые колеса	Звездочки		Клиновые ремни	Плоские ремни

fz=1.1 (z≤17)	fz=1.2 (z≤13)	fz=1.1 (z>13)	fz=1.8	fz=2.5