Условие прочности вала имеет вид

 

,

 

где n – общий коэффициент запаса в рассматриваемом сечении вала;

[n] – допускаемый коэффициент запаса, [n] = 2,5;

Общий коэффициент запаса определяется по формуле (стр. 95 [2])

,

 

где n_s – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

n_t –коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

При длительном сроке службы вала по [2]

 

,

,

 

где s_т,t_т – средние значения цикла нормальных напряжений изгиба и кручения,по [2]:

 

t_т=t_v= ,

 

где М_к – крутящий момент на валу;

W_кнетто – момент сопротивления кручению, по [2]:

 

,

 

где b – ширина шпоночного паза;

t₁ – глубина шпоночного паза вала;

d – диаметр вала под колесом.

s_v и t_v – амплитуды циклов нормальных и касательных напряжений.

,

 

где М_и – изгибающий момент на валу;

W_кнетто – момент сопротивления изгибу, по [2]:

 

 

s_-1 и t_-1 – пределы выносливости материала вала при симметричном цикле изгиба и кручения, для углеродистой стали по [2]:

 

s_-1 = 0,43s_в =0,43*610=262,3Н/мм², t_-1 =0,58s_-1 =0,58*262,3=152 Н/мм²;

 

s_т=0, так как осевое усилие на колесе равно нулю;

y_s и y_t – коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла изменения напряжений изгиба и кручения, для для углеродистых сталей, y_t = 0,1;

b – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

e_s, e_t – масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений, по таб. [2] e_s=0,82, e_t =0,7;

k_s, k_t - эффективный коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений по таб. [2] k_s=1,6, k_t=1,5;

После подстановки:

 

Коэффициент запаса прочности:

 

> [n]=2,5

 

Условие прочности выполнено.

Выбор подшипников

 

На ведущем валу по справочнику [1] выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники средней серии диаметров ГОСТ 8338-75.

D=62мм; d=25мм; В=17мм, где

D – диаметр наружного кольца подшипника,

d – диаметр внутреннего кольца подшипника,

В – ширина подшипника.

На промежуточном валу по справочнику [1] выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники средней серии диаметров ГОСТ 8338-75.

 

D=72мм; d=30мм; В=19мм.

 

На выходном валу по справочнику [1] выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники особолегкой серии диаметров ГОСТ 8338-75.

 

D=85мм; d=45мм; В=19мм.

 

Расчет подшипников выходного вала на долговечность.

Расчет подшипников на долговечность производится по формуле [2]:

 

, где

 

С – динамическая грузоподъемность подшипника, С=16000

р – показатель степени. При точечном контакте р=3,

Р – эквивалентная нагрузка.

Р= ,при  и F_a,

 

F_r – радиальная нагрузка, действующая на подшипник,

Х – коэффициент радиальной нагрузки, Х=1,

V – коэффициент вращения. Так как вращается внутреннее кольцо, то V=1,

К_σ – коэффициент безопасности, К_σ=1,

К_т – температурный коэффициент, К_т=1.

Исходя из данных, полученных при расчете вала на прочность определяем суммарные реакции:

 

 

Подставляем все необходимые значения в формулу для нахождения эквивалентной нагрузки:

 

Р=( =1^.1^.1055^.1^.1=7243,5Н.

 

Рассчитываем долговечность млн. об.:

 

,

 

Рассчитываем долговечность, ч:

 

,

где n=114 об/мин – частота вращения ведомого вала.

Подбор и расчет шпонок.

Ведущий вал.

Диаметр шейки вала, соединяемой со ступицей звездочки цепной передачи, d=18мм. По таблице [1] выбираем призматическую шпонку по ГОСТ 8788-68, сечение и длина шпонки  глубина паза t₁=3,5.

Проверяем шпоночное соединение на смятие по формуле:

 

, где

 

Т₂ – крутящий момент на ведущем валу, Т₂=29,6^.10³Н^.мм,

d – диаметр шейки вала, соединяемой со звездочкой,

h – высота шпонки,

t₁ – глубина паза вала,

b – ширина шпонки

 

 

Промежуточный вал.

Диаметр шейки вала, на которую насажено колесо, d=35мм. По таблице [1] выбираем призматическую шпонку по ГОСТ 8788-68, сечение и длина шпонки  глубина паза t₁=5.

Проверяем шпоночное соединение на смятие:

Т₃ – крутящий момент на промежуточном валу, Т₃=72,157^.10³Н^.мм,

 

Выходной вал.

Диаметр шейки вала, на которую насажено цилиндрическое колесо, d=48мм. По таблице [1] выбираем призматическую шпонку по ГОСТ 8788-68, сечение и длина шпонки  глубина паза t₁=5,5.

Проверяем шпоночное соединение на смятие

Т₄ – момент на выходном валу, Т₄=175,901^.10³Н^.мм,

 

 

Диаметр шейки вала, на котором расположена муфта МУВП, d=40мм. По таблице [1] выбираем призматическую шпонку по ГОСТ 8788-68, сечение и длина шпонки  глубина паза t₁=5.

Проверяем шпоночное соединение на смятие

 

 

Компоновка редуктора

 

Конструктивные размеры корпуса редуктора по [2].

Толщина стенок корпуса и крышки.

 

δ = 0,025 ^. a_w +3 = 0,025^.125+3 = 6.125мм. Принимаем δ = 8мм.

δ₁ = 0,02 ^. a_w +3 = 0,02^.125+3 = 5,5мм. Принимаем δ₁ = 7,5мм.

 

Толщина фланцев корпуса и крышки:

- верхнего фланца корпуса:

 

S = 1,5^.δ = 1,5^.8 = 12мм. Принимаем S = 12мм.

 

- фланца крышки редуктора:

 

S₁ = 1,5^.δ₁ = 1,5^.7,5 = 11,25мм.

 

-нижнего фланца корпуса:

 

S₂ = 2,35^.δ = 2,35^. 8 = 18,8мм. Принимаем S₂ = 19мм.

 

Диаметры болтов:

ü фундаментных:

 

d₁ = 0,033^.a_w+12 = 0,033^.125+12 = 16,125мм.

 

Принимаем фундаментные болты М18.

крепящих крышку к корпусу у подшипника:

 

d₂ = 0,725^.d₁ = 0,725^.18 = 13,05мм.

Принимаем болты с резьбой М14.

ü Болтов, соединяющих крышку и корпус:

 

d₃ = 0,55^.d₁ = 0,55^.18 = 9,9мм.

 

Принимаем болты с резьбой М10.

Ширина опорной поверхности нижнего фланца корпуса

 

m= K+1,5d=37+1,5×8= 49

 

Принимаем 50.

Толщина ребер корпуса

 

c₁=0,9^.δ = 0,9^.8 = 7,2

 

Минимальный зазор между колесом и корпусом

 

в = 1,2^.δ = 1,2^.8 = 9,6

 

Принимаем 10

Выбор муфты

 

Для соединения валов редуктора сдругими узлами имеханизмами применяем муфту упругую втулочно-пальцевую. Эта муфта обладает достаточной податливостью, позволяющей компенсировать значительную несоосность валов.

Расчетный вращающий момент определим по формуле (4.1):

 

,

 

где Т = 175,901 Н×м для тихоходного вала.

По диаметру конца быстроходного вала d = 40 мм и расчетному моменту Т_р = 255 Н×м выбираем муфту с номинальным вращающим моментом Т = 500 Н×м [2, табл. 11.5, с. 277].

При предельно допустимых для муфты смещениях радиальная сила и изгибающий момент от нее невелики, поэтому при расчете валов и их опор этими нагрузками можно пренебречь.

Выбор способа смазки редуктора

 

Смазывание зубчатых зацеплений осуществляется окунанием в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружения конического колеса на всю длину зуба.

Объем масляной ванны (принимается из расчета 1дм³ на 1кВт передаваемой мощности):

 

 

Устанавливаем вязкость масла [2, табл. 8.8, с. 253]:

В быстроходной паре при окружной скорости V=2,69 м/с рекомендуемвязкость масла равна 81,5 сСт; в тихоходной V=1,08 м/с и рекомендуемая вязкость масла равна 118 сСт. Среднее значение: υ= 100 сСт.

По табл. 8.10 [2] принимаем масло индустриальное И-100А (по ГОСТ 20799-75*).Подшипники смазываются тем же маслом за счет разбрызгивания.

Уровень масла контролируется жезловым маслоуказателем при остановке редуктора.

Выбор уплотнений

 

В качестве уплотнений принимаем манжеты резиновые армированные (по ГОСТ 8752 – 70) – манжета 1-32´52-3, манжета 1-40´60-3.

Выбор шероховатости поверхностей.

Шейки валов под подшипники и шестерни – 1,25...2,5, под манжеты – 0,32.

Торцы буртов под подшипники и шестерни – 2,5.

Поверхность зубьев – 2,5.

Остальные обработанные поверхности – 12,5.

Выбор посадок.

Посадки назначаем в соответствии с указаниями, данными в [2, табл. 8,11].

Посадки зубчатых колес на валы .

Посадки муфт на валы .

Посадки распорных втулок на валы .

Посадки крышек в гнезда под подшипники .

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.

Шейки валов под уплотнения – с отклонением h8.

Отклонение отверстий в корпусе под наружные кольца подшипников H7.

Сборка редуктора.

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очистить и покрыть маслостойкой краской.

Сборка производится в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов:

- на ведущий вал насаживают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80 – 100 °С, и монтируют в стакане, обеспечивая натяг подшипников; на месте соединения вала со звездочкой закладывают шпонку 6 х 6 х 18.

- в промежуточный вал закладывают шпонку 10 х 8 х 32 и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт; затем надевают распорную втулку, устанавливают щарикоподшипники, предварительно нагретые в масле;

- в выходной вал закладывают две шпонки 14 х 9 х 45 и 12 х 8 х 70 напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса пастой «Герметик» УЗО-М. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После этого ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают манжеты. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия и жезловый маслоуказатель.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

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

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. Куйбышев. М.: Машиностроение 1978.

2. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для техникумов/С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др. – М.: Машиностроение, 1979. – 351 с.: ил. - 357 экз.

3. Основы проектирования деталей машин. В.Л. Устиненко, Н.Ф. Киркач, Р.А. Баласанян.- Харьков: Вища школа. 1983.- 184 с.

4. Методическое пособие по расчету цепных передач. Сост. Авдонченкова Г.Л., Пахоменко А.Н. Тольятти: ТолПИ, 1998 г.

Расчет и проектирование цилиндрических зубчатых передач: метод. указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Детали машин» /сост. Мельников П. А., Пахоменко А. Н. – Тольятти, ТГУ, 2003г.