3.Расчет и конструирование валов

Исходные данные:

а) вращающие моменты на валах редуктора: ; ;

б) электродвигатель соединяется с быстроходным (входным) валом редуктора открытой клиноременной передачей, между тихоходным (выходным) валом редуктора и приводным валом конвейера установлена открытая цепная передача.

3.1 Предварительный расчёт быстроходного (входного) вала.

Быстроходный вал выполнен за одно целое с конической шестерней с круговыми зубьями, имеющей следующие геометрические размеры: ; ; ; ; ;

В соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 5.1 [1, c.151], конструирование быстроходного вала редуктора начинаем с определения диаметра его концевого участка. При вращающем моменте на валу и МПа определяем диаметр цилиндрического конца вала, являющегося его первой ступенью:

(3.1)

.

По ГОСТ 12080 – 66 на цилиндрические концы валов (табл. 2П. 1 приложения 2П [1, c.399]) принимаем диаметр конца вала d = 32 мм и длину конца вала l = 58 мм (исполнение 2 - короткие). Таким образом, размеры первой ступени быстроходного вала: ; .

Конструируем вторую ступень вала. Шкив, устанавливаемый на цилиндрическом конце вала, доводят до упора в буртик диаметром . По табл. 2П.3 приложения 2П [1, c.401] размер фаски в отверстии ступицы шкива . Тогда высота буртика вала, необходимая для упора шкива:

(3.2)

.

При этом размер упорного пояска , что допустимо (k ≥ 1…2 мм). Тогда диаметр буртика для упора шкива:

(3.3)

.

По ряду Ra40 (табл. 1П.13 приложения 1П [1, c.375]) принимаем диаметр второй ступени . Длина , второй ступени определяется в зависимости от диаметра подшипника.

Определим диаметр следующей третьей ступени, на которой выполняется резьба для круглой шлицевой гайки. По табл. 2П.8 приложения 2П [1, c.405] в зависимости от принимаем резьбу М45×1,5. Диаметр третьей ступени: . Длина третьей ступени зависит от диаметра подшипника.

Диаметр четвертой ступени вала, на которой устанавливаются подшипники, принимаем из условия свободного их прохождения через ступень диаметром : , где – внутренний диаметр подшипника. По табл. 2П.15 приложения 2П [1, c.414] принимаем роликовый конический однорядный подшипник легкой серии 7209А (ГОСТ 27365 - 87) с . Таким образом . Длину четвертой ступени определим после назначения размеров пятой ступени.

Пятая ступень служит в качестве буртика (заплечика) для упора подшипника. По табл. 2П. 18 приложения 2П [1, c.419] для выбранного роликового конического подшипника легкой серии 7209А диаметр буртика (заплечика) .

Принимаем . При этом . Ширина буртика (пятой ступени) ;

принимаем .

Возвратимся теперь к определению длины четвертой ступени вала. Этот размер определяется жесткостью вала, которая в свою очередь обеспечивается определенным соотношением размеров , , d и . Однако предварительно определим ряд размеров, которые будут необходимы для проверки этих соотношений. Имеем:

(3.4)

;

(3.5)

.

Для выбранного подшипника легкой серии 7209А (ГОСТ 27365 - 87) по табл. 2П.15 приложения 2П [1, c.414]: d = 45 мм; D = 85 мм; Т = 21 мм; с = 16 мм; е = 0,4. Тогда смещение точки приложения радиальной реакции от торца подшипника:

(3.6)

.

Длина консоли вала со стороны шестерни:

(3.6)

.

Размер :

(3.7)

.

Тогда соотношения размеров: , что меньше диаметра подшипника d = 45 мм; ; . В качестве расчетного расстояния , между точками А и В приложения радиальных реакций принимаем большее из полученных значений и , a именно . Тогда расстояние между торцами наружных колец подшипников .

Расстояние между подшипниками позволяет окончательно определить длину четвертой ступени вала:

(3.8)

,

где – ширина канавки для выхода резьбонарезного инструмента.

Диаметр подшипника позволяет определить длины второй и третьей ступени вала:

(3.9)

;

(3.10)

.

Шестой ступенью быстроходного вала является коническая шестерня, размеры которой были определены ранее.

Силы на шестерне конической передачи: , , .

Консольная нагрузка на вал от клиноременной передачи .