6 Ориентировочный расчёт валов. Конструктивные размеры зубчатой пары.
Конструктивные размеры зубчатой пары (длина и диаметр зубчатых колёс и др.), диаметр внутреннего кольца и ширина подшипника зависят от диаметра вала. Обычно вначале определяют диаметр выходного конца вала, а затем, учитывая конструктивные особенности, назначают диаметры посадочных мест для зубчатых колёс и подшипников. Для последующего выполнения уточнённого расчёта вала надо установить расстояние между точками приложения сил (активных и реактивных) на оси вала, определить реакции подшипников, построить эпюры изгибающих и крутящих моментов. В нашем случае известны только активные силы, действующие на валы со стороны зубчатого зацепления.
Диаметр выходного конца вала определю грубо приближённо (ориентировочный расчёт) из расчёта на прочность при кручении по заниженным допускаемым касательным напряжениям (см. занятие 20): к = [20…40] МПа.
Принимаю [к]' = 25 МПа для стали 45 (при df1 =56 мм целесообразно изготовить быстроходный вал вместе с шестернёй) и [к]'' = 20 МПа для стали 35, которую назначаю для изготовления тихоходного вала.
1. Для ведущего (быстроходного) вала редуктора при [к]' = 25 МПа из уравнения прочности:
к = T / Wp = 16 T1 / (d3) [к]' ,
получаю
16 16 105
3
3
d
3
16 Т1
[к]'
25 106
= = 21,4 10 -6 = 2,78 10-2 м.
В соответствии с рядом Ra40 принимаю dв1 = 30 мм. Замечаю, что в случае применения стандартной муфты разница между диаметрами соединяемых валов не должна превышать 20…25 %. Диаметр вала запроектированного электродвигателя 4А160S6У3 равен 48 мм (см. табл. П62) и, следовательно, ориентироваться на стандартную муфту нельзя.
Назначаю посадочные размеры под уплотнения и подшипники (рис.2).
Принимаю диаметр вала под манжетное уплотнение d1I = 34 мм (необходимо оставить высоту буртика примерно в 1…3 мм для упора торца втулки полумуфты); диаметр вала под подшипник d1II = 35 мм.
Диаметр d1III приму равным 44мм., чтобы обеспечить высоту упорного буртика 4,5 мм для посадки ориентировочно назначаемого конического роликоподшипника средней серии (см. табл. П63).
Так как диаметр впадин шестерни df1 =56 мм. незначительно превышает диаметр вала по подшипник d1II = 35 мм., то, как уже и указывалось, шестерню целесообразно изготовить заодно с валом.
2. Для ведомого (тихоходного) вала редуктора при Т2 = i T1 = 4,85 105 = 509,3 Н м. без учёта КПД передачи
16 509,3
3
3
d
3
16 Т2
[к]II
20 106
= = 130 10 -6 = 5 10-2 м.
В соответствии с рядом Ra40 принимаем (см. рис.2): диаметрdв2 = 50 мм, диаметр вала под уплотнение d2I = 54 мм., диаметр вала под подшипник d2II = 55 мм., диаметр вала под посадку ступицы зубчатого колеса d2III = 60 мм.
3. Конструктивные размеры зубчатого колеса (см. рис.2).
диаметр ступицы d2IV (1,5…1,7) d2III = (1,5…17) 60 = 90…102 мм., принимаюd2IV = 96 мм;
длина ступицы lст (0,7…1,8) d2III = (0,7…1,8) 60 = 42…108 мм; принимаю lст = 74 мм;
толщина обода о (2,5…4) mn = (2,5…4) 2,5 = 6,25…10 мм., принимаю о = 8 мм;
Колесо изготовляю из поковки, конструкция дисковая.
Толщина диска е (0,2…0,3) b2 = (0,2…0,3) 72 = 14,4…21,6 мм, принимаю е = 18 мм.
Диаметр отверстий в диске назначается конструктивно, но не менее 15…20 мм.