Подбор шпонок и проверка прочности шпоночного соединения

8.1 Ведущий вал.

 

На ведущий вал установим одну шпонку для соединения полумуфты с выходным концом ведущего вала.

Рисунок 6 – Схема шпоночного соединения

По таблице 8.9 [1] (ГОСТ 23360-78) определим основные размеры шпонки: при диаметре выходного конца вала d_в=32 мм, отношение ширины, высоты и длины шпонки:

b×h×l=10×8×50мм.

 

Проверим шпонки на напряжения смятия по формуле:

(60)

где Т-вращающий момент на валу;

d-диаметр вала в сечении, где установлена шпонка;

h-высота шпонки;

t₁-глубина паза под шпонку;

l-длина шпонки;

b-ширина шпонки;

[σ_см] – максимально допустимое напряжение.

После подстановки получим:

≈27 (МПа)

Учитывая, что муфта изготовлена из чугуна [σ_см]=50…70 МПа, условие прочности выполнено.

 

8.2 Ведомый вал.

По таблице 8.9 [1] (ГОСТ 23360-78) определим основные размеры шпонки: при диаметре под колесо d_к2=50 мм и длине ступицы L_ст=70 мм, отношение ширины, высоты и длины шпонки:

b×h×l=14×9×63 мм.

 

После подстановки данных в формулу (60) получим:

=49 (МПа)

Т.к. колесо изготовлено из Стали 45 для которй - [σ_см]=100…120 МПа, условие прочности выполнено.

 

По таблице 8.9 [1] (ГОСТ 23360-78) определим основные размеры шпонки: при диаметре выходного конца вала d_в2=38мм, отношение ширины, высоты и длины шпонки:

b×h×l=10×8×63мм.

После подстановки данных в формулу (60) получим:

=69,5 (МПа)

Т.к. [σ_см]=100…120 МПа, условие прочности выполнено.

9 Второй этап компоновки редуктора

 

В развитие 1-й компоновки вычерчиваем валы, с насажанными на них деталями. Шестерню выполняем заодно свалом.

Между торцами подшипников и внутренней поверхностью стенки редуктора вычерчиваем мазеудерживающие кольца. Их торцы должны выступать на 2-3 мм. Для уменьшения числа ступеней мазеудерживающие кольца и подшипники размещаем на одном и том же диаметре вала. Фиксация мазеудерживающие колец в осевом направлении осуществляется на валах утолщениями вала с одной стороны и торцами подшипников с другой. На ведомом валу одно из мазеудерживающих колец с одной стороны фиксируется распорной втулкой, а не утолщением вала.

Вчерчиваем крышки подшипниковых камер с уплотнительными прокладками.

Аналогично конструируем узел ведомого вала, обращая внимание на следующие особенности:

а) для фиксации колеса в осевом направлении предусматриваем бурт вала с одной стороны и установку распорной втулки с другой.

б) переход вала от 45мм к 50 мм смещаем на 2-3 мм внутрь ступицы колеса, чтобы ступица плотно упиралась с одной стороны в бурт вала, а с другой в распорную втулку.

 

 

10 Уточненный расчет валов

 

Примем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения – по пульсирующему.

 

10.1 Ведущий вал

 

Учитывая, что ведущий вал-шестерня изготовлен из Стали 45 нормализованной, примем для изготовления ведомого вала аналогичный материал и вид термообработки. Предел выносливости при симметричном цикле изгиба определим по формуле:

, (61)

где по таблице 3.3[1] для Стали 45 нормализованной σ_в=780 МПа.

После подстановки получим:

σ_-1=0,43·780=335(МПа)

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений определим по формуле:

(62)

После подстановки получим:

τ_-1=0,58·335=193 (МПа)

Определять коэффициент запаса прочности во всех сечениях вала не рационально, достаточно определить его в одном сечении с наименьшим коэффициент запаса.

 

Наиболее опасным является сечение вала под шестерней, т.к. в нем действуют максимальные изгибающие моменты M_xz и M_yz и через него передается крутящий момент Т₁=52·10³ (Н·мм).

 

Т.к. шестерня изготовлена за одно целое с валом, то нет смысла определять коэффициент запаса в сечении под шестерней. Проверим на прочность сечение под полумуфтой, данное сечение при передаче крутящего момента от электродвигателя через муфту рассчитываем на кручение. Концентрация напряжений вызвана наличием шпоночного паза.

 

Амплитуду и среднее напряжение цикла касательных напряжений определим по формуле:

τ_a=τ_m= (63)

где Т_k – вращающий момент на ведущем валу;

W_кнетто – момент сопротивления кручению, определяемый по формуле:

W_кнетто= , (64)

где b-ширина шпоночного паза;

d-диаметр вала;

t₁-глубина шпоночного паза.

После подстановки получим:

W_кнетто= =5861(мм³)

После простановки данных в формулу получим:

τ_a=τ_m= =4,4 (МПа)

Коэффициент запаса прочности сечения определим по формуле:

, (65)

где по таблице 8.5 k_τ=1,59; по таблице 8.8 ε_τ=0,77; коэффициент ψ_τ=0,1. После подстановки получим:

 

Такое большое значение коэффициента запаса прочности позволяет не определять его в остальных сечениях.

 

 

10.2 Ведомый вал.

 

Материал вала – Сталь 45 нормализованная: σ_в=570 МПа,

Пределы выносливости σ_-1=0,43·570=246 МПа и τ_-1=0,58·246=142 МПа

 

Наиболее опасным является сечение вала под зубчатым колесом, т.к. в нем действуют максимальные изгибающие моменты M_xz и M_yz и через него передается крутящий момент Т₂=210·10³ Н·мм, концентрация напряжений так же вызвана наличием шпоночного паза. Изгибающий момент определим по формуле:

М_и= , (66)

После подстановки получим:

М_и= 76000 (Н·мм)

Находим амплитуду изгибающих напряжений по формуле:

, (67)

где - момент сопротивления изгибу, определяется по формуле:

, (68)

где b-ширина шпоночного паза; d-диаметр вала; t₁-глубина шпоночного паза. После подстановки получим:

= =10740(мм³)

После подстановки получим в формулу получим:

=7 (МПа)

Амплитуду и среднее напряжение цикла касательных напряжений определим по формуле:

, МПа, (69)

где Т – вращающий момент на валу;

_нетто - момент сопротивления кручению, определяется по формуле:

= , (70)

После подстановки получим:

= =23006(мм³)

После подстановки в формулу получим:

=4,6 (МПа)

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям определим по формуле:

(71)

После подстановки получим:

Определяем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям по формуле:

, (72)

где предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений, (МПа).

Подставим значения и получим:

Результирующий коэффициент запаса прочности сечения определим по формуле:

, (73)

После подстановки получим:

На основе рекомендаций [1] принимаем [S]=2,5...3,0.

Условие прочности выполнено.

 

 

11 Подбор муфты

 

Для соединения вала электродвигателя и вала червяка используем муфту упругую втулочно-пальцевую (МУВП). Муфту подбираем в зависимости от: условий работы, диаметров соединяемых валов и величины расчетного крутящего момента.

Расчетный крутящий момент определим по формуле:

, (74)

где k – коэффициент, учитывающий условия работы; k =1,5 По таблице П58[2].

Т_ном – номинальный вращающий момент на ведущем валу; находим по формуле:

Расчётный крутящий момент равен:

(Н∙м)

Для муфты соединяющей валы диаметром 38мм и 32мм,

[Т] = 125Н∙м. Условие выполнено.

Проверим резиновые втулки на смятие поверхностей их соприкосновения по формуле:

, (75)

где D₁ – диаметр окружности расположения пальцев;

z – число пальцев;

d_п – диаметр пальца;

l_п – длина пальца.

D₁ = 100 мм, z = 4, d_п = 14 мм, l_п = 33 мм

После подстановки получим: (МПа)

Допускаемое напряжение смятия для резины МПа.

Условие выполнено.

 

 

12 Выбор посадок основных деталей редуктора

 

 

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала	k6
Внутренние поверхности редуктора под наружные кольца подшипников по	H7
Посадка колеса на вал по ГОСТ 25347-82
Посадки распорных втулок и мазеудерживающих колец на валы ___________________________________________________   Крышки подшипниковых камер выполняем с отклонением вала	_____________   k7

 

13 Смазка редуктора

 

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием шестерни в масло, заливаемое внутрь корпуса до ее погружения в масло примерно на 10 мм.

По таблице 10.8 [1] установим вязкость масла. При σ_H=366МПа и скорости υ=3,7 м/с, вязкость масла должна быть приблизительно равна 28∙10^-6 м²/с. По таблице 10.10 [1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75).

Объем масленой камеры определим из расчета (0,5…0,8)дм³ на 1 кВт мощности редуктора на ведомом валу. При мощности на ведомом валу

P₂=7,6 кВт, примем объем масляной камеры V=4,5 дм³.

Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом, закладываемым в подшипниковые камеры при сборке редуктора. Сорт смазки выбираем по таблице 9.14 [1] - литол-24 (по ГОСТ 21150-75).

 

14 Технология сборки редуктора

 

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов.

На ведущий вал устанавливаем мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100 ºС.

В ведомый вал закладываем шпонку 14×9×63 мм и напрессовываем зубчатое колесо, до упора в бурт вала, затем надеваем распорную втулку и мазеудерживающие кольца и устанавливаем шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранный узел ведущего вала устанавливаем в крышку редуктора.

Собранный узел ведомого вала укладываем в корпус редуктора и надеваем крышку корпуса редуктора.

Для центрировки крышку устанавливаем на корпус с помощью двух конических штифтов и затягиваем болты.

Закладываем в подшипниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливаем крышки с прокладками.

Регулировку подшипников производим набором тонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы крышек подшипников.

Прикручиваем к корпусу крышки подшипниковых узлов.

Затем ввертываем пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и фонарный маслоуказатель.

Заливаем в корпус масло и закрываем смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническим условиями.

Список литературы

 

1. Курсовое проектирование деталей машин. Учебное пособие для учащихся машиностроительных техникумов /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М.Чернин и др. М: Машиностроение, 1987 – 414 с.

2. Детали машин. Проектирование: учебное пособие /Л.В.Курмаз, А.Т.Скобейда – 2-е изд., испр. и доп.- Мн: УП “Технопром”. 2002 – 290 с.

3. Устюгов И.И. Детали машин: учебное пособие для учащихся техникумов. - М: Высш. школа. 1981 – 399 с.

4. Курсовое проектирование деталей машин. В.Н.Кудрявцев и др. Учебное пособие для студентов втузов. - Л. Машиностроение, 1984 – 400 с.

5. Боков В.Н., Чернилевский Д.В., Будько П.П. Атлас. Детали машин: Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ Под.ред. В.М. Журавля, 1983 – 164 с.

6. Боголюбов С.К., Воинов А.В. Черчение. Учебник для машиностроительных специальностей средних специальных учебных заведений. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1981 – 303 с.