6. Расчет соединений вал-ступица

   1. Быстроходный вал.

Для посадки ведомого шкива.

Для диаметра вала d=32 мм ([3], таблица 8.9) принимаем размеры сечения шпонки b=10 мм, h=8 мм. Глубина паза t₁=5 мм.

Выбираем длину шпонки ([3], таблица 8.9, примечание). При длине ступицы l_ст=65 мм принимаем длину шпонки l=56 мм. Рабочая длина шпонки:

(243)

Допускаемое напряжение смятия (ступица чугунная).

Расчётное напряжение смятия шпонки:

(244)

что удовлетворяет условию прочности.

Условное обозначение шпонки: Шпонка 10х8х56 ГОСТ 23360-78.

2. Промежуточный вал.

Для посадки зубчатого колеса.

Для диаметра вала d=55 мм ([3], таблица 8.9) принимаем размеры сечения шпонки b=16 мм, h=10 мм. Глубина паза t₁=6 мм.

Выбираем длину шпонки ([3], таблица 8.9, примечание). При длине ступицы l_ст=70 мм принимаем длину шпонки l=63 мм. Рабочая длина шпонки по формуле (243):

Допускаемое напряжение смятия (ступица стальная).

Расчётное напряжение смятия шпонки по формуле (244):

что удовлетворяет условию прочности.

Условное обозначение шпонки: Шпонка 16х10х63 ГОСТ 23360-78.

3. Тихоходный вал.

Для посадки зубчатого колеса.

Для диаметра вала d=84 мм ([3], таблица 8.9) принимаем размеры сечения шпонки b=22 мм, h=14 мм. Глубина паза t₁=9 мм.

Выбираем длину шпонки ([3], таблица 8.9, примечание). При длине ступицы l_ст=108 мм принимаем длину шпонки l=100 мм. Рабочая длина шпонки по формуле (243):

Допускаемое напряжение смятия (ступица стальная).

Расчётное напряжение смятия шпонки по формуле (244):

что удовлетворяет условию прочности.

Условное обозначение шпонки: Шпонка 22х14х100 ГОСТ 23360-78.

Для посадки муфты.

Для диаметра вала d=70 мм ([3], таблица 8.9) принимаем размеры сечения шпонки b=20 мм, h=12 мм. Глубина паза t₁=7,5 мм.

Выбираем длину шпонки ([3], таблица 8.9, примечание). При длине выходного вала l=105 мм принимаем длину шпонки l=90 мм. Рабочая длина шпонки по формуле (243):

Допускаемое напряжение смятия (ступица стальная).

Расчётное напряжение смятия шпонки по формуле (244):

что удовлетворяет условию прочности.

Условное обозначение шпонки: Шпонка 20х12х90 ГОСТ 23360-78.

6. Расчет тихоходного вала редуктора на сопротивление усталости

Для определения реакций опор вычерчиваем расчётную схему вала с указанием действующих на него внешних сил и размеров плеч.

Силы в зацеплении закрытой косозубой цилиндрической передачи, действующие на колесо, берем из п.2.1.8.

Окружная сила:

Радиальная сила:

Осевая сила:

Определим реакции опор тихоходного вала.

Для определения реакции опор на вал вычерчиваем расчётную схему вала с указанием действующих на него внешних сил. В связи с конструктивными особенностями самого вала пренебрегаем действие на него соседних машин. Расчетная схема ведущего вала предоставлена на Рис. 1.

Для определения реакции опор

опор составим уравнения сил в плоскостях ОХ и ОУ.

Плоскость ХOZ:

(245)

Плоскость УOZ:

(246)

Так как, зубчатое колесо установлено так, что осевая сила направлена на опору А от осевая составляющая реакции буде только в данной опоре

В связи с тем, что в каждом уравнении есть два неизвестным, то составим уравнения моментов.

Уравнение моментов в плоскости XОZ относительно опоры A:

(247)

Тогда получим:

(248)

Подставив в формулу (245) получим:

(249)

Уравнение моментов в плоскости YОZ относительно опоры A:

(250)

Тогда получим:

(251)

Подставив в формулу (246) получим:

(252)

Суммарный изгибающий момент в сечении посадки зубчатого колеса, так как там расположена самое нагруженное сечение тихоходного вала при

Рис. 9.1. – Расчетная схема тихоходного вала.

Определим осевой момент сопротивления сечения с учетом шпоночного паза по формуле :

(253)

Определим полярный момент сопротивления сечения с учетом шпоночного паза по формуле (234):

(254)

Амплитуда нормальных напряжений при симметричном цикле:

(255)

Амплитуда касательных напряжений при отнулевом цикле:

(256)

Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза и установкой колеса на валу с натягом

по [2],с.33 табл.1.2

по [2],с.33 табл.1.3

при по [2],с.33 табл.1.5

- поверхность вала не упрочняется

Коэффициенты концентрации напряжений для вала формулам:

(257)

(258)

Коэффициент запаса прочности вала по нормальным и касательным напряжениям:

(259)

(260)

Расчётный коэффициент запаса прочности вала:

(261)