6. Расчет шпоночных соединений

6.1. Шпоночное соединение колеса с выходным валом

В разделе 5.2 была предварительно выбрана шпонка призматическая по ГОСТ 23360-78 18x11x63, t₁ = 7,0 мм, t₂ = 4,4 мм.

Произведем расчет шпонки на смятие

, (6.1)

где h – высота шпонки, h = 11 мм;

t₁ – глубина паза вала, t₁ = 7 мм;

[_см] – допускаемое напряжение на смятие металла шпонки, [_см] = 100 МПа.

МПа < МПа.

Выбранная шпонка в состоянии передать необходимый крутящий момент на вал

7. Расчет и конструирование подшипниковых узлов

Схемы установки подшипников качения. Для предотвращения заклинивания тел качения, вызываемого температурным удлинением вала или неточностью изготовления деталей подшипникового узла, применяют две основные схемы установки подшипников:

1) с фиксированной и плавающей опорой;

2) с фиксацией враспор.

По схеме 1 в одной опоре устанавливают подшипник, фиксирующий положение вала относительно корпуса в обоих направлениях; он жестко крепится в осевом направлении как на валу, так и в расточке корпуса. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и двустороннюю осевые нагрузки. Внутреннее кольцо второго подшипника жестко (с помощью разрезного кольца) крепится на валу в осевом направлении; внешнее кольцо может свободно перемещаться вдоль оси стакана. Для свободного перемещения внешнего кольца подшипника в стакане необходимо назначить соответствующую посадку с зазором, а также обеспечить соответствующий зазор.

В качестве плавающей опоры выбирают ту, которая воспринимает меньшую радиальную нагрузку. При значительных расстояниях между опорами для увеличения жесткости фиксирующей опоры часто устанавливают два однорядных радиально-упорных шарикоподшипника или два конических роликоподшипника. Такая установка характерна для червячных редукторов (для вала червяка).

В узлах, спроектированных по схеме 2, наружные кольца подшипников упираются в торцы крышек, а торцы внутренних колец – в буртики вала.

Во избежание защемления тел качения от температурных деформаций предусматривают зазор, превышающий тепловое удлинение.

7.1. Расчет подшипников ведущего вала

Определяем тип подшипника в зависимости от соотношения осевой и радиальной нагрузок

(7.1)

Предварительно принимаем роликовый конический однорядный подшипник средней серии 7307 ГОСТ 333-79 [1, табл. П7].

Принимаем схему установки подшипника "враспор".

Определяем расстояние L_баз между точками приложения реакций

, (7.2)

где L – межопорное расстояние для вала, L = 350 мм;

Т – наибольшая ширина подшипника, Т = 23 мм [1, табл. П7],

а – расстояние от точки приложения реакции до дальнего торца подшипника

Определяем расстояние а

, (7.3)

где d – диаметр внутреннего кольца подшипника, d =35 мм [1, табл. П7],

D – диаметр внешнего кольца подшипника, D = 80 мм [1, табл. П7];

е^ГОСТ – коэффициент осевого нагружения подшипника, e^ГОСТ = 0,32[1, табл. П7].

мм.

мм.

Пересчитываем реакции в опорах вала, используя готовые формулы раздела 5.

Н; (7.4)

Н. (7.5)

Н; (7.6)

Н. (7.7)

Определяем суммарные реакции в опорах

Н; (7.8)

Н. (7.9)

Определяем осевые составляющие от радиальных реакций

Н, (7.10)

Н. (7.11)

Определяем расчетные осевые нагрузки на подшипник

1: < 0, (7.12)

2: > 0, (7.13)

В зависимости от знака в уравнениях (5.12) и (5.13) принимаем расчетные формулы для определения осевых нагрузок на подшипники.

Н, (7.14)

Н. (7.15)

Дальнейший расчет ведем для наиболее нагруженного подшипника, в данном случае это подшипник первой опоры.

Определяем действительный коэффициент осевого нагружения

, (7.16)

где К_к – кинематический коэффициент, при вращении внутреннего кольца К_к = 1,0 [2].

.

Так как e' > e^ГОСТ, то считается, что коэффициенты

Х = 0,4 и У =1.88· [2].

Определяем эквивалентную нагрузку на подшипник

, (7.17)

где Х – коэффициент радиальной нагрузки, Х = 0,4;

Y – коэффициент осевой нагрузки, Y = 1.88;

К_т – температурный коэффициент, К_т = 1 [2, табл. 14];

К_б` – коэффициент безопасности, К_б = 1,1 [2, табл. 13].

Н.

Определяем требуемую динамическую грузоподъемность

, (7.18)

где n – частота вращения кольца рассчитываемого подшипника, n = 774.4 об/мин;

L_h10 – долговечность подшипника в часах при вероятности безотказной работы 90%, L_h10 = 8000 час [2, табл. 13].

 – показатель степени,  = 3,33 [2];

а₁ – коэффициент долговечности в функции необходимой надежности, а₁ = 1,0 [2];

а₂ – обобщенный коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации, а₂ = 0.7 [2, табл. 15].

< кН.

Подобранные подшипники имеют значительный запас долговечности, что позволит им работать безаварийно на протяжении планируемого срока эксплуатации.