2. Ориентировочный расчет валов. Конструктивные размеры зубчатой пары

Конструктивные размеры зубчатой пары (длина и диаметр ступицы зубчатых колес, диаметр внутреннего кольца, ширина подшипника и др.) принимаем в зависимости от диаметра выходного конца вала. Этот размер определяется приближенно (ориентировочный расчет) из расчета на прочность при кручении по заниженным допускаемым напряжениям [τ_к] = 20...40 МПа. Принимается для быстроходного вала [τ_к] = 25 МПа (сталь 45; если шестерня изготовлена вместе с валом); для тихоходного вала назначить сталь 40, для которой принять [τ_к] = 20 МПа.

Быстроходный вал. Из уравнения прочности определить диаметр выходного конца вала:

, (55)

Получаем:

В соответствии с рядом R_a40 принять диаметр выходного конца вала d_в1, мм:

по ряду Rа40 (СТ СЭВ 514-77), который приведен до а = 600 мм:

… 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 56; 60; 63; 67; 71; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160; 170; 180; 190; 200; 210; 220; 240; 250; 260; 280; 300; 320; 340; 360; 380; 400; 420; 450; 480; 500; 530; 560; 600; …

Назначить посадочные размеры под уплотнения и подшипники.

Диаметр вала под уплотнение d₁^I мм. При небольшой окружной скорости вала можно применить какое-либо контактное уплотнение — монтажное или сальниковое.

Диаметр резьбы d₁^II, мм внутреннее кольцо подшипника закреплено круглой гайкой. Диаметр под дистанционную шайбу d₁^III, мм. Постановка такой шайбы между кольцом подшипника и гайкой необходима, так как в противном случае гайка задевает ее сепаратор, например конического роликового подшипника.

Диаметр вала под подшипники d₁^IV, мм (шариковые радиально-упорные или конические роликоподшипники).

Диаметр опорного бурта d₁^V, мм или распорной втулки, соответствующий требованию таблице 17 приложение 23 для средней серии подшипника.

Диаметр вала под подшипник d₁^VII, мм (шариковый радиальный).

Диаметр опорного бурта d₁^VI таблице 17 приложение 23 (размеры d₁^VI и d₁^VII уточнить при подборе подшипников для быстроходного вала).

Длину выходного конца вала принять из соотношения

l₁ ≈ (1,5…2) d_в1, мм (56)

а затем уточнить по размеру длины ступицы выбранной муфты.

Тихоходный вал. Крутящий момент в поперечных сечениях выходного конца вала Т₂ (М₂), Н∙м.

Из уравнения прочности на кручение определить диаметр выходного конца вала:

, м. (57)

В соответствии с рядом R_a 40 принять:

• диаметр выходного конца вала d_в2, мм;

• диаметр вала под сальниковое уплотнение d₂^I, мм;

• диаметр вала под подшипник d₂^II, мм;

• диаметр вала под ступицу зубчатого колеса d₂^IV, мм;

• диаметр опорного участка вала (табл. П63) d₂^III, мм;

• диаметр ступицы d_ст = (1,5... 1,7)∙d₂^IV;

• длина ступицы колеса l_ст^II = (0,7.. .1,8) ∙d₂^IV, мм;

• толщина диска зубчатого колеса е = (0,1.. .0,17)∙R_е, мм;

• толщина обода ₀ = (2,5...4) ∙ , мм;

• длина выходного конца тихоходного вала l₂ = (1,5...2)∙d_в2, мм.

2. Конструктивные размеры элементов корпуса и крышки редуктора

Корпус и крышку редуктора изготавливают литьем из серого чугуна.

• Толщина стенки корпуса редуктора  = 0,03∙R_e + (3…5), мм.

• Толщина стенки крышки редуктора ₁ = 0,025∙R_e + (3…5), мм.

• Толщина верхнего пояса корпуса редуктора s = 1,5∙, мм.

• Толщина пояса крышки редуктора s₁ = 1,5∙₁, мм

• Толщина нижнего пояса корпуса редуктора t = (2...2,5)∙, мм.

• Толщина ребер жесткости С' = 0,85∙, мм.

• Диаметр фундаментных болтов d_ф = (1,5...2,5)∙, мм.

• Диаметр болтов (шпилек), соединяющих корпус с крышкой редуктора около подшипников, и диаметр резьбы пробки d_k = 0,75∙d_ф, мм;

диаметр остальных болтов или шпилек крепления крышки к корпусу редуктора можно принимать на 2...4 мм меньше d_k;

диаметр резьбы пробки (для слива масла из корпуса редуктора)

d_пр ≥ (1,6...2,2)∙, мм.

• Ширина пояса соединения корпуса и крышки редуктора около подшипников

К  3d_k, мм;

ширина пояса крепления крышки и корпуса редуктора К'  2,5d_к, мм.

• Ширина нижнего пояса корпуса редуктора K₁ = (2,2...2,5)∙d_ф, мм.

• Диаметр болтов для крепления крышки подшипника к корпусу редуктора

d_п = (0,7...1,4)∙, мм.

• Диаметр болтов для крепления крышки смотрового отверстия d_кс = 6...10 мм.

• Расстояние между внутренней стенкой основания корпуса редуктора и окружностью вершин зубьев колеса y' = (4...6)∙, мм.

• Расстояние между внутренней стенкой крышки редуктора и окружностью вершин зубьев колеса у = 1,5∙, мм.

• Тип и размеры подшипников качения. Для редуктора с консольным расположением конической шестерни предварительно назначают — конические роликоподшипники.

Быстроходный вал. Для выбранного типа редуктора ориентируются на среднюю серию подшипников. По табл. 13 приложение 19 при d = d₁^IV – выбрать марку подшипника и привести его параметры: D = D^, мм, B = B^, мм, T_max, мм.

Тихоходный вал. Для выбранного типа редуктора при d = d₂^II, мм по таблице 13 приложение 19 выбрать марку подшипника и привести: D", мм, T_max", мм. Размер x" = 2∙d_n, мм.

• Определить габаритные размеры редуктора.

, мм (58)

, мм (59)

L_б = 240…300 мм.

L_t = 200…250 мм.

Размер l₂^II ≈ d_e1.

2. Компоновка редуктора

Компоновку начинать, вычерчивая оси валов, пересекающихся в точке О под углом 90°, затем из точки О проводят луч ОА (общую образующую начальных конусов) под углом ₁ к оси быстроходного вала (₁ к оси тихоходного вала). От начала луча ОА откладывают размеры R_m = AO, b, R_e = AO + 0,5∙b и вычерчивают шестерню в зацеплении с зубчатым колесом, потом валы, подшипники и т.д.

2. Подбор шпонок и проверочный расчет шпоночных соединений

Шпонки подбирают по таблице ГОСТа в зависимости от диаметра вала, затем шпоночное соединение проверяют на смятие.

Быстроходный вал. Для выходного конца вала диаметром d_в1, мм по таблице 14 приложение 20 подобрать призматическую шпонку и привести: b×h, мм; t₁, мм.

Так как длина выходного конца вала l₁, мм, то необходимо принять длину шпонки l, мм, соответствующую ряду стандартных значений по СТ СЭВ 189-75.

Расчетная длина шпонки со скругленными торцами:

l_р = l – b мм.

Так как на выходные концы валов возможна посадка чугунной детали, то допускаемое напряжение смятия следует принять для чугунных ступиц, для которых [σ_см] = 60...90 МПа:

(60)

Тихоходный вал. а) Для выходного конца вала при d_в2, мм по таблице 14 приложение 20 подобрать призматическую шпонку и привести параметры b×h, мм и t₁, мм.

Так как длина выходного конца вала l₂, мм, то по СТ СЭВ 189-75 принять длину шпонки l₁, мм.

Расчетная длина шпонки со скругленными торцами:

l_р = l – b, мм.

Проверить соединение на смятие:

(61)

б) для посадки ступицы зубчатого колеса на вал при d₂^IV, мм по таблице 13 приложение 19 подобрать призматическую шпонку и привести параметры b×h, мм и t₁ мм.

Для стальной ступицы [σ_см] = 100...150 МПа. Так как длина ступицы колеса l_ст, мм, то длину шпонки принимают l, мм таблице 13 приложение 19.

Расчетная длина шпонки со скругленными торцами:

l_р = l – b, мм.

Проверяем запроектированное шпоночное соединение на смятие:

(62)

Для тихоходного вала принять шпонку (СТ СЭВ 189-75).

2. Посадки подшипников, зубчатого колеса и полумуфт

Внутреннее (вращающееся) кольцо подшипника насаживают на валы по напряженной подшипниковой посадке, обеспечивающей натяг, наружное (неподвижное) кольцо - в корпусе по посадке скольжения.

Для полумуфт, насаживаемых на выходные концы валов, назначают напряженную посадку второго класса точности.

Ступица зубчатого колеса насаживается на вал по легкопрессовой посадке второго класса точности, гарантирующей натяг.

2. Смазка зубчатых колес и подшипников

Для тихоходных и среднескоростных редукторов смазка зубчатого зацепления осуществляется погружением зубчатого колеса в масляную ванну картера, объем которой:

, л. (63)

По таблице 2 приложение 9 при известном v_m, м/с принять марку масла, которое заливается в картер редуктора так, чтобы зубчатое колесо погружалось в него более чем на длину зуба.

Для заданного редуктора принять марку солидола для смазки радиально-упорных шарикоподшипников; смазка радиального шарикоподшипника и радиально-упорных конических роликоподшипников осуществляется жидким маслом, разбрызгиваемым колесом.