2.3 Моделирование бесступенчатого редуктора сажалки лука-севка

В Пензенском ГАУ разработана конструкция бесступенчатого редуктора представленная на рисунке 2.2 (Патент 2765499 РФ. МПК А01С 7/00 Бюл. № 4 от 31.01.22) [12].

Предлагаемый редуктор-вариатор сеялки для посадки лука-севка состоит из корпуса, ведомого и ведущего валов, обгонных муфт, насаженных с натягом на ведомый вал, рычагов толкателей которые шарнирно соединены с обгонными муфтами, пружин растяжения, направляющей с регулировочным рычагом. Направляющая установлена с возможностью поворота посредством регулировочного рычага, при этом, направляющая имеет прямолинейные дорожки которые выполнены по линейной зависимости х=а, где «а» –расстояние от оси поворота направляющей до дорожки. На ведущем валу через 90 градусов закреплено четыре кулачка с возможностью взаимодействия имеющимися у рычагов толкателей роликами.

Рисунок 2.2 – Конструкция бесступенчатого редуктора

1 – корпус; 2 – подшипники; 3 – вал ведомый; 4 – обгонные муфты; 5 – рычаги толкателей; 6 – ролики; 7 – пружины;8 – направляющая; 9 – регулировочный рычаг; 10 – кулачки; 11 – ведущий вал

Предлагаемый редуктор-вариатор сажалки лука-севка работает следующим образом. При вращении ведущего вала кулачки, расположенные через 90 град воздействуют на ролики рычагов толкателей, шарнирно соединенных с обгонными муфтами, при этом рычаги толкателей с обгонными муфтами совершают возвратно-поступательные движения с возможностью взаимодействия посредством пружины одного из роликов толкателей с кулачком, а другого – с прямолинейной дорожкой направляющей. Пружины возвращают рычаги толкателей в исходное положение. Регулировка частоты вращения ведомого вала осуществляется регулировочным рычагом путем изменения угла поворота направляющей, имеющей прямолинейные дорожки, выполненные с возможностью взаимодействия с роликами толкателей, которые выполнены по линейной зависимости х=а, где «а» – расстояние от оси поворота направляющей до дорожки, что изменяет ход толкателей в единицу времени, вследствие чего меняется частота вращения ведомого вала.

2.4 Уточненный расчет ведущего вала редуктора

При нормальной эксплуатации величина вращающего момента вала высаживающего аппарата луковой сажалки находится в пределах от 15 до 18 Нм, а с учетом коэффициента запаса по динамическим нагрузкам n_д = 2.0, составит 30...36 Нм.

Окружное усилие (F_t) на обгонной муфте при максимальном вращающем моменте с учетом коэффициента динамичности определится[13-16]

где T – вращающий момент на валу высаживающего аппарата, Нмм, T = 36 10³ Нмм;

l – расстояние от оси вращения ведомого вала бесступенчатого импульсного редуктора до точки крепления рычага с обгонной муфтой, мм, l = 42 мм.

Определим величину вращающего момента на ведущем валу бесступенчатого импульсного редуктора. Из рисунка 2.3 следует, что условие статического равновесия относительно точки О₂ будет определяться выражением

Из уравнения 1 определим силу F₁ на рычаге, воздействующую на обгонную муфту ведомого вала.

При этом величина наименьшего вращающего момента на ведущем валу бесступенчатого редуктора в момент воздействия кулачка на ролик рычага составит

Окружная сила определится следующим образом

Рисунок 2.3 – Схема сил, действующих в бесступенчатом редукторе

Таким образом, величина наибольшего вращающего момента составит

При дальнейшем вращении ведущего вала радиус кулачка будет увеличиваться и вращающий момент, создаваемый на валу, достигнет своего максимума

На ведущий вал редуктора (рисунок 2.3) луковой сажалки действуют нагрузки со стороны цепной передачи и кулачков, закрепленных на валу, а вал при этом испытывает сложное сопротивление, то есть совместное действие изгиба и кручения. Расчетная схема нагрузок действующих на вал, представлена на рисунке 2.4.

Нагрузки, действующие на вал F₁ и F₂, расположены в разных плоскостях. Следовательно, необходимо рассмотреть действие внешних силовых факторов на вал в двух, горизонтальной и вертикальной плоскостях. [13-14].

Спроецируем результирующие F₁ и F₂ на горизонтальную и вертикальную оси

Определяем опорные реакции в вертикальной плоскости относительно опор (точки А и C) для ведущего вала

Проверка:

Разбиваем вал на участки и составляем уравнения изгибающих моментов по участкам, определяем изгибающие моменты и строим их эпюры

Участок AB 0 ≤ x₁ ≤ l₁;

Участок BC 0 ≤ x₂ ≤ l₂;

Участок DC 0 ≤ x₃ ≤ l₃;

Рисунок 2.4 – Расчётная схема ведущего вала редуктора

Определяем опорные реакции в горизонтальной плоскости относительно опор вала (точки А и С)

Проверка:

Разбиваем вал на участки и составляем уравнения изгибающих моментов по участкам, определяем изгибающие моменты и строим их эпюры

Участок AC 0 ≤ x₁ ≤ 74;

Участок DC 0 ≤ x₂ ≤ l₃;

Определяем изгибающие моменты в точках A, B, C, D и строим эпюры изгибающих моментов.

Крутящий момент передается валом от звездочки до кулачков на участке DВ и равен 65,66 Нм.

Выполненные расчеты позволили определить, что опасное сечение вала будет в месте посадки подшипника (точка С), где действует наибольший изгибающий момент М_С=37,94 Нм.

Проверку прочности вала по коэффициенту запаса прочности проводили по наиболее опасному сечению, где действует наибольший изгибающий и крутящий моменты, а концентратором напряжений в данном сечении является напресовка, при напресовке K_σ/ ε_σ = 2,6, K_τ/ ε_τ = 1,9 для диаметра d = 25 мм и предела прочности (σ_в) материала вала менее 700 МПа, для стали Сталь 45 σ_в=600 МПа. [14].

Предел выносливости материала ведущего вала при деформации изгиба и кручения

σ_-1=0,43 σ_в=0,43600=258 МПа,

τ-₁=0,58 σ_-1=0,58258=149,6 МПа.

Осевой момент сопротивления поперечного сечения ведущего вала будет равен

Полярный момент сопротивления поперечного сечения вала составляет

Амплитуда нормальных напряжений при этом будет равна

Соответственно амплитуда и среднее касательное напряжение равны

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям составил

где K_σ – эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе; ε_σ– масштабный фактор для нормальных напряжений; σ_m – средние нормальные напряжения; β – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности; при R_z≤20 мкм, принимаем β = 1,0; ψ_σ – коэффициент, зависящий от предела прочности материала, для углеродистой стали имеющий предел прочности 600 МПа, ψ_σ=0,2.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям равен

где K_τ – эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении; ε_τ – масштабный фактор для и касательных напряжений; ψ_τ – коэффициент, зависящий от предела прочности материала для углеродистой стали с пределом прочности до 600 МПа, ψ_τ = 0,1.

Следовательно, полный коэффициент запаса прочности по наиболее опасному сечению вала составит

Расчетный коэффициент запаса прочности больше допускаемого значения s=3,18[s]=2,0.

Проведенный расчет показал, что прочность ведущего вала бесступенчатого редуктора сеялки при действующих нагрузках по коэффициенту запаса прочности обеспечена.