7.1 Расчетная схема. Исходные данные
Расчетная схема шпоночного соединения приведена на рисунке 12.
Исходные данные берутся из предыдущих расчетов: Т3 = 857 Н·м;
dк = 76 мм; в4 = 66 мм.
Материал ступицы (колеса) сталь 40Х.
7.2 Выбор шпонки
В передачах редукторов наиболее широкое применение находят призматические шпонки как со скругленными, так и с плоскими торцами. По
условиям установки предпочтение отдают шпонкам со скругленными торцами. Боковые грани призматических шпонок являются рабочими. Ширину в и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t1 и в ступице t2 выбирают стандартными в зависимости от диаметра вала dк по табл. 48 [11].
Рис. 12
Расчетная схема шпоночного соединения
Расчетная (рабочая длина шпонки ℓр определяется расчетом по напряжению смятия [σ]см или выбирается в зависимости от длины ступицы (ширины зубчатого колеса). Обычно полная стандартная длина шпонки ℓ на 5…10 мм меньше длины ступицы.
Для передачи вращающего момента Т3 = 857 Н·м от цилиндрического зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку со скругленными торцами (рис.13). Из табл. 48 [11] для dк = 76 мм находим:
в = 22 мм; h = 11 мм; t1 = 9,0 мм; t2 = 5,4 мм; ℓ = в4 – 6 = 66 – 6 = 60 мм, что соответствует стандартной длине по таблице 1 [11].
Расчетная длина шпонки ℓр = ℓ - в = 60 – 22 = 38 мм.
Рис.13
Шпонка призматическая
Посадки для шпоночного соединения:
для цилиндрических прямозубых колес – Н7/р6 или Н7/r6;
для ширины призматической шпонки – h 9;
для ширины шпоночного паза вала – Р 9;
для ширины шпоночного паза ступицы -Js9 или Р 9.
Условное обозначение шпонки : шпонка 22 х 14 х 60 ГОСТ 23360-78.
7.3 Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность
а). На смятие рабочих граний шпонки. Условие прочности по напряжениям смятия рабочих граней шпонки
σсм ≤ [σ]см,
где расчетное напряжение смятия
σсм
=
=
=118,7 Н/мм2
(МПа);
где [σ]см – допускаемое напряжение на смятие;
для стальной ступицы (колеса) [σ]см = 110…190 Н/мм2 (МПа).
Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как
σсм = 118,7 Н/мм2 < [σ]см = 150 Н/мм2 (по среднему значению).
б). На срез шпонки.
Условие прочности по напряжениям среза
τср ≤ [τ]cр,
где расчетное напряжение среза
τср
=
=
=
27 Н/мм2 (МПа);
[τ]cр – допускаемое напряжение на срез; для сталей при реверсивной нагрузке [τ]cр = 40…70 Н/мм2.
Условие прочности шпонки на срез выполняется, так как
τср = 27 Н/мм2 < [τ]cр = 40…70 Н/мм2.
Проверочный расчет шпонки на срез можно считать условным, так как это условие прочности учтено при стандартизации шпонок. Однако, при ударных нагрузках срез шпонки вполне возможен.
8 Выбор муфт
Муфты выбираются стандартными в зависимости от передаваемого расчетного вращающего момента, диаметра вала и частоты его вращения.
Для данного электромеханического привода (см.рис.1) выберем лишь одну муфту для соединения вала электродвигателя с цилиндрическим участком входного вала редуктора (рис.5). Для этой цели широко применяются компенсирующие муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП).
8.1 Исходные данные. Конструктивная схема и параметры муфты
Исходные данные:
Т1 = Тр = 14,6 Н·- номинальный вращающий момент на входном валу;
d= 28 мм – диаметр концевого участка вала;
nэ = n1 = 1500 (об/мин) мин-1– частота вращения входного вала;
Тр = К Т1 – расчетный вращающий момент, где К – коэффициент режима работы.
При переменной средней нагрузке К = 1,5…2,0 (табл.47 [11]).
Принимаем К = 2,0. Тогда Тр = 2·14,6 = 29,2 Н·м.
Условие выбора типоразмера муфты Тр ≤ [Т],
где [Т] – допускаемый муфтой вращающий момент (табличное значение).
По табл. 46 [11], (ГОСТ 21424-75) выбираем МУВП (рис. 14), для которой [Т] = 31,5 Н·м.
Параметры муфты: [Т] = 31,5 Н·м; n = 6700 об/мин (мин-1); d = 19 мм;
ℓцил = 28 мм; dп = 10 мм; ℓвт = 15 мм; z = 4; dо = 20 мм; L = 60 мм;
D = 90 мм; D0 = 61 мм.
Соединение полумуфт с валом: шпоночные с фиксацией винтами.
Так как диаметр вала электродвигателя dэ = 38 мм, диаметр входного вала d = 28 мм, а муфта d = 19 мм, то для их соединения необходимо поставить дополнительные втулки.
Рис. 14
Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП)