Материал: 09-05_ПЗ.docx_105d1f632a5093e614074350146d60ca_(1).docx_177d9d2e66cf5ce6180d8de6fc4cef84

6. Конструктивная проработка валов, подбор муфты, подбор и проверка шпонок

6.1. Конструктивная проработка валов

Переходный участок вала между двумя ступенями разных диаметров выполняют:

а) галтелью радиусом r (галтель – поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему), снижающей концентрацию напряжений в местах перехода;

б) канавкой шириной b со скруглением для выхода шлифовального круга, которая понижает концентрацию напряжений в переходных участках.

Деталь, устанавливаемую на цилиндрический конец вала,

доводят до упора в буртик. Высота буртика определяется по соотношению t ≥ 2f, где f – размер фаски детали.

Высота буртика t цилиндрического концевого участка вала

должна быть согласована с диаметром посадочного отверстия подшипника. При этом желательно предусмотреть возможность установки подшипника без съема призматической шпонки.

Положение и размер шпоночных пазов определяется

6.2. Подбор муфты

Муфта с торообразной оболочкой предназначена для передачи вращения между механизмами, которые подвергаются действию довольно значительных вибрационных, ударных и динамических нагрузок. Этот вид муфты прекрасно компенсирует радиальное смещение валов до 4,5 мм, они имеют высокие демпфирующие свойства, и характеризуются простотой конструкции и большим сроком эксплуатации - 10 лет. Муфта обеспечивает электро и шумоизоляцию узлов привода, и применяется в механизмах, в которых трудно обеспечить соосность валов, при ударных и переменных нагрузках. Такие высокоэластичые муфты широко применяются в насосных установках, в приводах рольгангов прокатных станов, строительно-дорожных машин, бурильных станках, а также в силовых приводах судов речного и морского флота, вспомогательных приводах тепловозов и электровозов. Так же беспорным преимуществом муфты с торообразной оболочкой является возможность замены эластичного элемента, без демонтажа муфты.

Рисунок 5. Муфта упругая с торообразной оболочкой

1-полумуфта,

2-оболочка, 

3-полукольц прижимное; 

4-кольцо соединительное.

Проверим прочность резиновых втулок на смятие по условию:

Проверим прочность стальных пальцев на изгиб по условию:

где z=10-число пальцев;

l_ВТ=36мм - длина резиновой втулки;

d_п =18мм - диаметр пальца под втулкой;

D₀=200 мм- диаметр окружности расположения пальцев.

Таким образом, прочность стальных пальцев обеспечена.

Ориентировочные значения основных размеров (мм) элементов муфты:

Основные размеры выбранной муфты

Основные размеры выбранной муфты согласно ГОСТ 50892-96

Выбираем муфту с допускаемым крутящим моментом [Т] =250 Н∙м. Упругая муфта не только передает расчетный крутящий момент, но и смягчает удары с помощью упругих резиновых втулок одетых на стальные пальцы.

6.3. Подбор и проверка шпонок

Муфта на быстроходном валу.

Для данного элемента подбираем шпонку призматическую. Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле:

МПа

где Т - момент на валу, T=28 Н·м; d - диаметр вала, d=24 мм; h - высота шпонки, h=6 мм; b - ширина шпонки, b=6; l_раб – рабочая длина шпонки, l_раб=l-b=48-6=42 мм, t₁ - глубина паза вала, t₁.=3,5 мм. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [σсм] = 100 МПа. Условия прочности выполнены.

Колесо косозубой цилиндрической передачи.

Для данного элемента подбираем шпонку призматическую. Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле:

МПа

где Т - момент на валу, T=108 Н м; d - диаметр вала, d=50 мм; h - высота шпонки, h=8мм; b - ширина шпонки, b=12; l_раб – рабочая длина шпонки, l_раб=l-b=54-12=42 мм, t₁ - глубина паза вала, t₁.=5 мм. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [σсм] = 100 МПа. Условия прочности выполнены.

Колесо цилиндрической передачи.

Для данного элемента подбираем шпонку призматическую. Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле:

МПа

где Т - момент на валу, T=234 Н м; d - диаметр вала, d=67 мм; h - высота шпонки, h=10мм; b - ширина шпонки, b=14; l_раб – рабочая длина шпонки, l_раб=l-b=70-14=56 мм, t₁ - глубина паза вала, t₁.=10,5 мм. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [σсм] = 120 МПа. Условия прочности выполнены.

Муфта на тихоходном валу.

Для данного элемента подбираем шпонку призматическую. Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле:

МПа

где Т - момент на валу, T=234 Н м; d - диаметр вала, d=48 мм; h - высота шпонки, h=10мм; b - ширина шпонки, b=12; l_раб – рабочая длина шпонки, l_раб=l-b=70-12=58 мм, t₁ - глубина паза вала, t₁.=7,5 мм. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [σсм] = 120 МПа. Условия прочности выполнены.

7. Проверочный расчёт валов, смазка и сборка редуктора

7.1. Проверочный расчёт валов

Быстроходный вал-шестерня:

Для опасного сечения вала по формуле определяем коэффи­циент запаса усталостной прочности S и сравниваем его с до­пускаемым значением [S], принимаемым обычно 1,5...2,5.

где S_σ — коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

где σ_-1 — предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба; σ_-1 = 370 МПа принимается по таблице 1 (см. с. 8);

k_σ— эффективный коэффициент концентрации нормальных

напряжений;

β— коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности; при R_А=0,32...2,5 мкм принимают β= 0,97...0,90;

ε_σ — масштабный фактор для нормальных напряжений; отношение k_σ /ε_σ = 2,50 (см. табл. 8, с. 32);

σ_а — амплитуда цикла нормальных напряжений, МПа:

МПа,

где W — момент сопротивления при изгибе, мм³; для сплошного круглого сечения диаметром d

;

ψ_σ — коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения; ψ_σ = 0,2 для углеродистых сталей, ψ_σ = 0,25...0,3 для легированных сталей;

σ_m — среднее напряжение цикла нормальных напряжений, МПа; если осевая сила F_а на вал отсутствует или пренебрежимо мала, то σ_m = 0;

S_τ — коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

где τ_-1 — предел выносливости стали при симметричном цикле;

τ_-1 =0,58 σ_-1 , τ_-1=150 МПа;

k_τ — эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;

β— коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности; при R_А=0,32...2,5 мкм принимают β= 0,97...0,90;

ε_τ — масштабный фактор для касательных напряжений; отношение k_τ /ε_τ =0,6 k_σ /ε_σ+0,4=0,6*2,50 + 0,4 = 1,90 (см. табл. 8, с. 32);

ψ_τ — коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения; ψ_τ = 0,1 для всех сталей;

τ_а и σ_т — амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений, МПа:

МПа,

где W_к — момент сопротивления при кручении, мм³; для сплошного круглого сечения диаметром d

.

Подставляя полученные значения, получаем

,

.

Расчетный коэффициент усталостной прочности вала в опасном сечении

.