Сварные конструкции. Расчет и проектирование

КОРПУСА РЕДУКТОРОВ

Сварные корпуса редукторов представляют собой жест­кую коробчатую конструкцию. Такие конструкции полу­чаются значительно легче, чем литые, так как стенки могут быть более тонкими, усиленными элементами жесткости, как показано на рнс. 14.10. Масса литых корпусов почти в

два раза больше, чем сварных. При индивидуальном и мел­косерийном производстве сварные корпуса редукторов оказываются экономичные литых.

Корпуса редукторов требуют точного изготовления, по­этому после сварки их подвергают отпуску. Механическая обработка производится после отпуска. В СССР выпускают редукторы со сварными корпусами, передающие весьма

большие мощности (свыше 700 кВт). Эти редукторы при­меняют в прокатных станах металлургических заводов. При изготовлении используют прокатные элементы, гнутые и штампованные профили.

Пример расчета. Требуется определить напряжения в корпусе двухступенчатого редуктора мощностью JV=147kBt при = 540 об/мин и л2=30 об/мин. Общий вид, размеры н схема рас­положения шестерен приведены на рис. 14.11, о.

Усилие на зуб в первой паре шестерен при Л11=9740/л Н*м, где N — мощность, выраженная в кВт, определяется как 7= = A-f,/г4= 33,2 кН, здесь rl=Dll2=8 см.

Усилие на зуб шестерни при наличии вращения, указанном на рисунке, направлено вверх. Усилие на каждый подшипник вала

Усилие иа зуб колеса на валу II равно 33,2 кН и направлено вниз. Усилие на зуб в каждой нз пары шестерен при вращении ва­ла II направлено также вниз. Частота вращения вала II п1=540/4= = 135 об/мин, поэтому при радиусе /»=0*/2= 10 см, Tj=53,00 кН.

Так как шестерни расположены симметрично, то усилие на подшипник вала // составляет

/?j — кН.

Усилие на подшипник III, обозначенное через R%, направлено вверх и равно 53 кН. От указанных сил Rt, R2 и R по длине кор­пуса построены эпюры Q и М (рис. 14.11, б) с учетом того, что ре­дуктор опирается на основание в точках А и В. Расчетный момент М—13,94 кіі-м, расчетная сила Q=38,4 кІІ.

1УГ

Рис. 14.11. К примеру расчета корпуса двухступенчатого редуктора

Принимаем, что изгибаемый элемент (рис. 14.11,*) включает боковую стенку и часть днища, симметричную относительно стенки. Определим его центр тяжести:

35-1,2-17,5 — 30-1,2-0,6 пл s* = —з5:і,2+зо~2 9>4см-

Момепт инерции сечения заштрихованной площади Уж35М12 +35,1|2 (|7 5_9|4)* + 30-3,2® ^.30.1,2,(9,44-0,6)1 =

= 10 642 см*.

Момент сопротивления сечения И7= 10 642/(35—9,4) = 416 см®. Напряжение а=Л1/1У=41,1 МПа. Статический момент площади днища относительно центра тяжести сечения S=30-1,20,4+0,6)= = 360 си®. Касательные напряжения в швах при Р=1,0 и /( = 8 мм

Q-S 0.0384-360-10'»

т 10-®—10642-2.1,0.8-10-® *

Конструкции сварных шестерен, шкивов и маховиков имеют много общего. Их основными частями являются обод, ступица и соединительные элементы, связывающие обод со ступицей. Соединительными элементами служат спицы или сплошные центры. Рассмотрим конструкции сварных ше­стерен и шкивов.

На рнс. 14.12, а приведен пример легкого шкива с цент­ром и ободом из уголка; на рнс. 14.12, б — шкив с ободом

из швеллера со спицами нз полосовой стали; на рис. 14.12,в— зубчатые колеса со сплошным центром; на рис. 14.12, г — зубчатые колеса с ободом, сваренным стыковым соедине­нием Внутренний диаметр ступицы обычно соответствует диаметру вала. В качестве спиц могут быть использованы трубчатые элементы, тавровые, двутавровые и различные
штампованные профили. Ободья шестерен большого разме­ра прежде изготовляли литыми или коваными, в настоя­щее время их в большинстве случаев вальцуют из толстых листов и сваривают встык. Центр и ребра изготовляют из низкоуглеродистой стали. Для ободьев применяют повы­шенные сорта кованой и вальцованной стали, например сталь ЗОХГСА, а также углеродистые стали 35, 45 и др.

Швы, приваривающие центр к ступице и к ободу, целе­сообразно выполнять с подготовкой кромок или с глубоким проплавлением (рнс. 14.13, а). При этом концентрация на­пряжений в соединениях оказывается меньше, а следова­тельно, прочность при переменных нагрузках больше, чем в конструкции с угловыми швами (рнс. 14.13, б).

а)

-4L.

Центр представляет собой весьма ответственную часть конструкции шестерни. При недостаточной его жесткости во время эксплуатации возникают вибрации, которые могут расстроить зубчатое зацепление. Поэтому центры иногда конструируют двустенчатыми (см. рис. 14.13). Между стен­ками полезно ставить диафрагмы жесткости. Жесткость двустеичатой шестерни значительно выше, чем одностен - чатой. После сварки шестерни подвергают термической обработке (отпуску) в печи для снятия остаточных напря­жений. После отпуска производят механическую обработку и нарезку зубьев.

Подобным же образом конструктивно оформляют шки­вы и маховики. Они не требуют столь большой точности изготовления и стабильности размеров, как шестерни. Поэтому, как правило, после сварки эти конструкции не подвергают отпуску.

Расчет прочности сварного шкива производят по каса­тельному усилию, приложенному к ободу. Усилие Т пере­дается на обод, с обода на ступицу (или на вал) через спицы или центр. Если число спиц менее четырех, то считают, что усилие 7“ воспринимается полностью одной спицей. Таким образом, в спице возникают поперечная сила Q=T и изги­бающий момент М*=Т1 (рнс. 14.14, а. . .в). Напряжение от

изгиба в спице определяется по формуле o = (M/J)y„tx,

где J — момент инерции поперечного сечения спицы отно­сительно оси х (рнс. 14.14, г).

Следует определить касательные напряжения в швах спицы, соединяющих ее пояс со стенкой. Если швы угловые с катетом К, то напряжения в них от поперечной силы

Х~ТЩ - (14.18)

Касательные напряжения т, определяемые по формуле (14.18), обычно незначительны. В месте соединения спицы со ступицей следует определить напряжения в угловых швах от момента:

тл=^і%і±*і, (14.19)

J С

где Je — момент инерции периметра шва относительно вертикальной оси.

Напряжение от поперечной силы проверяется только с учетом швов, приваривающих стенку профиля:

rQ = Q/At, (14.20)

где Ас^ЩК-

Напряжения в соединениях спиц со ступицей от силы Q обычно бывают малы. Прочность в основном определяется напряжением от момента.

Если число спиц л>4, то

At < Т1 (14.21)

q<T. (14.22)

В конструкциях сварных шестерен (рис. 14.15, а) с центрами вместо спиц наиболее нагруженными являются

Рис. 14.15. К расчету сварных соеди­нений шестерен со сплошным центром:

а — шестери я; б — соединение центра со сту­пицей и иоодом. с подготовкой кроной; « — то же. без подготовки кромок

швы, соединяющие центр со ступицей. Они воспринимают усилие Т и крутящий момент

M = TR. (14.23)

Напряжение в соединении ступицы с центром опреде­ляется в предположении, что касательные напряжения распределены равномерно по длине шва; на участке дли­ной, равной единице, усилие в шве с подготовкой кромок (рис. 14.15, б) создает момент

m = sxr. (14.24)

Полный момент

М = 2/илт = 2.ta*st. (14.25)

Напряжение в шве с подготовкой кромок

__м_

Т —2ла*5'

(,4-27>

Пример расчета. Касательное усилие на зубе Г=100кН, ра­диус шестерни #=375 мм, радиус ступицы г—75 мм. Определить напряжения и соединении центра (s—12 мм) со ступицей (рис. 14.15, а). По формуле (14.23) М—37,5 кН-м.

В швах, соединяющих центр со ступицей, сваренных с подго­товкой кромок, (5=1 и касательные напряжения определяются по формуле (14.26):

0,0375 „а., r-і

Т= 2-3,14 0,75* 0,012 ‘ 3'