3 Проектування валів редуктора [6]

3.1 Початкові данні до розрахунку валів редуктора:

1 ступінь 2 ступінь

Міжосьова відстань, [мм] 125 125

Ширина коліс, [мм] 32 40

Ділильний діаметр колеса, [мм] 204 204

Обертальний момент:

Шестерні,Т [Нм] 64,27 1200

Колесі,Т[Нм] 277,713 277,713

Сили в зачепленні шестерні і колеса

Колова, [Н] 2856 12342

Радіальна, [Н] 1039 4492

Осьова, [Н] 0 0

Коефіцієнт перевантаження 1,6 1,6

Частота обертання вала n [ ] 477.5 23,58

Строк служби вала t [год] 13665,6

Допустимий запас міцності:

Відносно границі витривалості [S] 1,5

Грниці текучості [St] 2,5

3.2 Компоновочний розрахунок вала за умови кручення та його попереднє конструювання

Розрахунок виконується за умов :

• міцності на кручення ;

• зниженого умовного допустимого напруження кручення в межах , пропорційно відносного навантаження вала;

• забезпечення осьової фіксації деталей, що розміщуються на валу.

Швидкохідний вал.

Діаметр консольної ділянки, мм:

Діаметр вала під підшипник, мм:

де t – бурт вала, мм (табл.1.2[6]), t=2,2.

Діаметр бурта для підшипника, мм:

де r=2 (табл.1.2[6]).

Шестерню виконуємо сумісно бо діаметр вершин зубців , .

Проміжний вал.

Діаметр вала під колесо, мм:

Діаметр вала під підшипник, мм:

Діаметр бурта для підшипника, мм:

Діаметр бурта для колеса, мм:

.

Тихохідний вал.

Діаметр консольної ділянки, мм:

Діаметр вала під підшипник, мм:

Діаметр бурта для підшипника, мм:

Діаметр вала під колесо, мм:

Діаметр бурта для колеса, мм:

.

а)

б)

в)

Рисунок. 3.1 а) – швидкохідний; б) – проміжний; в) – тихохідний

Вал
Швидкохідний	28	32	38	-	16	36	-	-	-	6	4	71	30	120
Проміжний	-	35	37	42	17	-	32	42	-	6	4	85	31	36
Тихохідний	64	70	76	76	24	-	-	-	40	6	4	58	38	120

3.3 Компоновочний вибір підшипників та варіанту їхньої установки

Для опор циліндричних прямозубих коліс частіше використовують кулькові а іноді роликові радіальні підшипники кочення (рис. 3.2).

№ D d B r

Швидкохідний 206 62 30 16 1,5

Проміжний 207 72 35 17 1,5

Тихохідний 214 125 70 24 2,5

Рисунок. 3.2

Фіксація осьова на швидкохідному та тихохідному валах на консольній частині. На проміжному – з боку шестерні.

3.4 Ескізна компоновка редуктора (рис 3.3).

- відстань між колесом і внутрішньою поверхнею корпуса редуктора:

де d2 – ділильний діаметр колеса тихохідного ступеня;

- відстань між колесами с ,мм:

;

- відстань між колесом і донною поверхнею корпуса , мм:

;

- ширина колеса 1 та 2 ступені: , ;

- внутрішня ширина корпуса редуктора, мм:

;

Розрахунок елементів довжини вала.

Швидкохідний вал:

,

,

,

.

Проміжний вал:

,

,

,

.

Тихохідний вал:

,

,

,

.

Рисунок 3,3 Компоновочна схема редуктора

Вал
Швидкохідний	28	32	38	-	16	36	-	-	-	6	4	71	30	120
Проміжний	-	35	37	42	17	-	32	42	-	6	4	85	31	36
Тихохідний	64	70	76	76	24	-	-	-	40	6	4	58	38	120

3.5 Схема сил, що діють на вали редуктора

На цій схемі показанні напрями дії сил, які є в зачепленні передач (рис3.4).

Рисунок 3.4 - Схема сил.

3.6 Перевірний розрахунок тихохідного вала на міцність при дії одноразових чи короткочасних максимальних навантажень

3.6.1 Епюри згинаючих моментів по довжині вала від діючих навантажень

З розрахунку зубчастих передач визначаємо, Н:

Допустиме навантаження на консолі вала:

При розрахунку вала напрям приймаємо протилежним напряму , так як при цьому зростає згинаючий момент в перерізі 1. Для розрахунку підшипників визначаємо також опорні реакції і при напрямі і в одну сторону.

В горизонтальній площині з умови знаходимо опорну реакцію , Н:

,

.

Знаходимо з умови , Н:

,

.

Перевірка: ,

, Вірно.

Для випадку однаково спрямованих та , Н:

:

,

.

:

,

.

Вертикальна площина:

Знаходимо з умови , Н:

,

.

:

,

.

Сумарні опорні реакції, Н:

Згинаючі моменти в небезпечних перерізах вала, Нм:

,

,

Сумарний згинаючий момент, Нм:

,

.

Крутний момент Т= -1200 .

Рисунок. 3.5 – Епюра моментів та схема навантаження.

3.6.2 Розрахунок для кожного небезпечного перерізу номінальних значень згінних та крутильних напружень:

,

де Wx, Wp – осьовий та полярний моменти інерції.

Переріз 1:

=

де l – коефіцієнт послаблення перерізу шпоночним пазом, для d=76 мм l=0,88 (табл..1.4[6]).

де - коефіцієнт послаблення перерізу шпоночним пазом, для d=64 мм =0,94.

, .

Переріз 2:

,

,

, .

Переріз 3, на довжині 0,6d від точки прикладання сили :

=

де для d=64 мм l=0,88.

,

.

3.6.3 Коефіцієнти запасу міцності по межі текучості в небезпечних перерізах (табл..1.5[6]):

Матеріал тихохідного валу – Сталь 45;

Діаметр заготовки d=80 мм, твердість НВ 270;

Межа міцності ;

Межа текучості ;

Межа текучості при зсуві ;

Межа витривалості ;

Межа витривалості при крученні ;

Для вуглецевих сталей межа текучості при згині .

3.6.4 Коефіцієнт запасу міцності по опору пластичній деформації при згині і крученні:

, (4.2)

де =1,8 – коефіцієнт перевантаження;

- коефіцієнт враховуючий вплив розмірів валу на , в залежності від діаметра валу (табл..1.6[6]):

,

,

.

Переріз 1:

,

.

Переріз 2:

,

.

Переріз 3:

,

.

3.6.5 Сумарний коефіцієнт запасу міцності по межі текучості при дії разових чи короткочасно діючих перевантажень:

Переріз 1:

,

Переріз 2:

,

Переріз 3:

.

Так як нормативний коефіцієнт запасу міцності по опору пластичній деформації дорівнює 2,5 , виходить, що необхідна міцність при перевантаженнях забезпечується.

3.7 Розрахунок вала на опір втоми

Розрахунок гарантує незмінність форми валу протягом заданого терміну експлуатації.

По даним розрахунку на опір пластичній деформації визначені коефіцієнти запасу міцності по межі текучості в трьох небезпечних перерізах .

Порівнюючи величини із критерієм (табл..1.7[6]):

Переріз 1: шпонковий паз, перехідна посадка:

;

Переріз 2: пресова посадка, галтель:

;

Переріз 3: перехідна посадка, шпонка:

.

Отже, для усіх трьох перерізів критерій < . А це значить, що жоден з перерізів перевіряти на опір втоми не потрібно.