Расчеты на прочность

2.2 Расчеты на прочность

Расчеты на прочность деталей и узлов лебедки выполняются по тяговому усилию, возникающему при допускаемой нагрузке на крюке, с учетом веса подвижных частей талевого механизма, кратности оснастки и потерь на трение при подъеме.

Определяем наибольший крутящий момент М_кр на подъемном валу лебедки:

(2.2.1)

где N – номинальная приводная мощность лебедки, Вт;

ω_б – угловая скорость вращения барабана, с^-1.

Принимаем N = 900*10³ Вт.

Угловая скорость вращения барабана определится по формуле

(2.2.2)

Зная максимальный диаметр навивки каната на барабане D_к и наибольший крутящий момент М_кр на подъемном валу лебедки можно вычислить натяжение ведущей ветви каната

(2.2.3)

2.2.1 Расчет на прочность барабана лебедки

После выбора конструкции и определения основных размеров, барабана необходим его расчет на прочность. При навивке каната в стенках бочки барабана возникают напряжения сжатия, изгиба и кручения. В связи с тем что осевой и полярный моменты сопротивления сечения барабана большие, напряжения изгиба и кручения, возникающие в стенке барабана, несущественны. Поэтому расчет проводят только по напряжениям сжатия ([1], с.309)

(2.2.1.1)

где Р_в - натяжение ведущей ветви каната, Н;

s — толщина стенки бочки барабана, м;

А — коэффициент, зависящий от числа навиваемых слоев и других факторов;

[σ_сж]-допустимые напряжения сжатия, Па.

Принимаем по аналогии с прототипом s = 80 мм = 0,08 м.

Допустимые напряжения сжатия материала бочки барабана [σ_сж]=500МПа ([1], табл. 6), считая, что бочка барабана изготовлена из углеродистой стали 30.

При числе слоев навивки К=3 коэффициент А равен([1], с. 309):

(2.2.1.2)

где λ — коэффициент, зависящий от диаметра каната, модуля его упругости Е_к и толщины стенки барабана

(2.2.1.3)

где Е = 2,1*10⁵ МПа —модуль упругости стали;

Е_к- модуль упругости каната, МПа.

(2.2.1.4)

где а=0,33…0,35 ([1], с.157).

Условие прочности выполняется.

2.2.2 Расчет венца цепного колеса

Рассчитаем и сконструируем ведомое цепное колесо (поз. 1 Приложение А) передачи «тихой» скорости (поз. 3 рисунок 1.4). Посредством этой передачи подъемному валу лебедки сообщаются I, II и III «тихие» скорости.

В передаче применена стандартная приводная роликовая трехрядная цепь по ГОСТ 13568.

Известны числа зубьев звездочек передачи: ведущее колесо z₁ = 21, ведомое колесо z₂ = 81.

Определяем передаточное число передачи

(2.2.2.1)

Определяем максимальный (на I скорости) крутящий момент на малой звездочке М₁

(2.2.2.2)

Частота вращения барабана определится по формуле

Определяем коэффициент эксплуатации цепи

(2.2.2.3)

где k_Д - коэффициент, учитывающий динамичность передаваемой нагрузки;

k_а - коэффициент, учитывающий длину цепи (межосевое расстояние);

k_р - коэффициент, учитывающий способ регулировки натяжения цепи;

k_н - коэффициент, учитывающий наклон передачи к горизонту;

k_с - коэффициент, учитывающий качество смазки передачи и условия ее работы;

k_реж - коэффициент, учитывающий режим работы передачи.

Определяем значения коэффициентов:

k_Д = 1,0 при равномерной нагрузке ([4], табл. 3.3.2);

k_а = 0,80 ([4], табл. 3.3.3);

k_р = 1,25 для нерегулируемой передачи ([4], табл. 3.3.4);

k_н = 1,0 при наклоне линии центров до 60⁰;

k_с = 1,0 ([4], табл. 3.3.6);

k_реж = 1,45 при круглосуточной работе ([4], табл. 3.3.8).

Определяем предварительно шаг цепи

 (2.2.2.4)

где [р]-допускаемое давление в шарнирах, МПа;

m-число рядов цепи.

По ([5], табл. 5.15) принимаем [р]=20 МПа.

Принимаем по ([4], табл. 3.1.1) параметры цепи: шаг цепи t_ц=38,1 мм, диаметр валика d=11,10 мм, длина втулки B=148,88 мм, разрушающая сила F=381 кН.

Скорость цепи

 (2.2.2.5)

Окружное усилие

 (2.2.2.6)

Сила, нагружающая подъемный вал

 (2.2.2.7)

Рассчитываем профиль зубьев звездочки цепного колеса согласно ГОСТ 591-69, как профиль без смещения центров дуг впадин (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Профиль зубьев без смещения центров дуг впадин.

Диаметр делительной окружности

 (2.2.2.8)

Коэффициент высоты зуба по ([4], табл. 3.5.2) к=0,575.

Диаметр окружности выступов

 (2.2.2.9)

Радиус впадины

 (2.2.2.10)

Диаметр окружности впадин

 (2.2.2.11)

Радиус сопряжения

 (2.2.2.12)

Половина угла впадины

 (2.2.2.13)

Угол сопряжения

 (2.2.2.14)

Половина угла зуба

 (2.2.2.15)

Радиус головки зуба

 (2.2.2.16)

Прямой участок профиля

 (2.2.2.17)

Расстояние от центра дуги впадины до центра головки зуба

 (2.2.2.18)

Рассчитываем размеры зубьев и венцов цепного колеса (см. рисунок 2.2).

Рисунок 2.2. Размеры зубьев и венца.

Радиус закругления зуба

 (2.2.2.19)

Расстояние от вершины зуба до линии центров дуг закруглений

 (2.2.2.20)

Диаметр обода наибольший

 (2.2.2.21)

Ширина зуба звездочки

(2.2.2.22)

Ширина венца многорядной звездочки

(2.2.2.23)

Остальные размеры венца назначаем конструктивно.