2.2 Подбор шпонок

Прочность – основной критерий работоспособности шпоночных соединений. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов в ГОСТах подобраны из условия прочности на смятие, поэтому основным проверочным расчетом шпоночных соединений является расчет на смятие.

Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не производят. При расчете многошпоночного соединения допускают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми шпонками.

Шпонка призматическая для выходного конца диаметра вала d = 26 мм:

Сечение шпонки:

b= 8 мм; h=7 мм;

Глубина и радиус закругления пазов:

глубина паза валаt₁ = 4 мм;

глубина паза ступицыt₂ = 3,3 мм.

Фаска у шпонки – (0,25 – 04), выберем 0,3

Шпонка призматическая для вала под ступицей звездочки d=36 мм:

Сечение шпонки:

b= 10 мм; h=8 мм;

Глубина и радиус закругления пазов:

глубина паза валаt₁ = 5 мм;

глубина паза ступицыt₂ = 3,3 мм.

Рисунок 4 - Эскиз шпоночного соединения.

Напряжение смятия не должно превышает допустимое:

σ_см ≤ [σ_см];

[σ_см] = 150 Мпа.

Напряжение смятия:

σ_см= ;

где Т – момент, действующий на валу

d – диаметр вала, h – высота шпонки

L_раб – рабочая длина шпонки.

L_раб= ;

L_раб1 = = 15 мм.

L_раб2= ;

L_раб2 = = 4,7 мм

Полная длина шпонки:

L = L_раб + b;

= 15+8 = 23 мм.

Принимаем по ГОСТ У3360-78:

Тогда: ,

σ_см1= = 131,7 Мпа.

σ_см2= = 4,4 Мпа.

σ_см=131,7≤ [σ_см]=150, σ_см=4,4≤ [σ_см]=150 - условие выполняется, следовательно, шпонки работоспособны.

2.3 Расчет вала по эквивалентному моменту

Рассчитаем окружное усилие по следующей формуле:

где d_д – делительный диаметр звездочки.

где z – число зубьев звездочки;

t – шаг зубьев звездочки.

Тогда:

Построим эпюры действующей на исполнительный механизм сил и моментов (рисунок 5).

Находим силы, действующие на узел звездочки

На основании опыта конструирования

Рисунок 6 – Силы действующие на узел звездочки

Изгибающий момент:

.

Эквивалентный момент:

Напряжение изгиба в опасном сечении(под ступицей звездочки):

(13)

где W_Х – момент сопротивления изгибу.

,

где d₇ =28 – диаметр выходного конца редуктора в среднем сечении.

Тогда:

.

Напряжение кручения в опасном сечении:

(14)

где W_Р – полярный момент сопротивления кручения.

.

Следовательно:

.

Эквивалентное напряжение:

.

Материал вала Сталь 45 по ГОСТ 1050-88. Термообработка – улучшенная (закалка с высоким отпуском). Твердость HB=240…280. Для него σ_Т=540 МПа. Тогда:

.

Запас прочности по пределу текучести обеспечен.

Минимальный запас прочности по пределу текучести, при кратковременных перегрузках:

где К_П – коэффициент перегрузки.

Принимаем К_П = 1,3, следовательно:

.

Условие выполняется.