3.7 Эскизное проектирование конической передачи

При эскизном проектировании определяют ориентировочные диаметры валов, выбирают типы подшипников и схемы их установки, составляют эскизную компоновку деталей передач.

3.7.1 Проектировочный расчет входного вала

3.7.1.1 Расчетная схема. Исходные данные

Валы передач, как правило, изготавливаются ступенчатыми, что позволяет строго балансировать детали на валу в осевом направлении, упрощать сборку, обеспечивать посадку деталей и т.п.

Входной вал передачи, как правило, представляет собой "вал-шестерню" и имеет концевой участок, участки для установки подшипников, буртики для подшипников, участки для нарезания зубьев шестерни.

Валы конструируются по возможности гладкими, с минимальным числом уступов, что приводит к существенному сокращению материала при изготовлении.

На рис. 3.7.1 представлена расчетная схема входного вала, который выполнен заодно с конической шестерней (вал-шестерня).

Рис. 3.7.1 Расчетная схема входного вала

Исходные данные:

вращающий момент на входном валу Т₁ = 42,26 Н·м;

внешний диаметр шестерни d_ae1 = 68 мм;

внешний диаметр колеса d_ае2 = 154 мм.

3.7.1.2 Геометрические размеры входного вала

Минимальный размер концевого участка вала d, определяется из условий прочности на кручение по пониженному допускаемому касательному напряжению [τ] = 15… 30 Н/мм²:

d = мм.

После округления до стандартной величины, принимаем d = 24 мм.

Диаметр промежуточного участка – d₁ определяется по формуле:

d₁ = d + 2 · t_цил = 24 + 2 · 3,5 = 31 мм,

где t_цил = 3,5 мм определяется по таблице 35 [Р. 10] в зависимости от значения d.

Диаметр резьбового участка – d₂, на который навинчивается гайка для упора внутренней обоймы подшипника, выбирается в диапазоне:

d₂ = d₁ + (2…4) мм = 31 + (2…4) = (33…35) мм,

по стандартному значению метрической резьбы: d₂ = 35 мм (резьба М35).

Диаметр вала под подшипники – d_П выбирают по значению: d_П ≥ d₂.

Выбранный диаметр d_П округляется до значения кратного 5,

d_П = 35 мм.

Так как в зацеплении конических передач действуют окружная F_t, радиальная F_r и осевая F_a силы, то выбираем подшипники роликовые конические однорядные (ГОСТ 333 - 79). По значению d_П = 35 мм из таблицы 40 [Р. 10] выбираем подшипник легкой серии для входного вала № 7207, ширина подшипника Т = 18,25 мм.

Диаметр буртика под подшипники – d_БП:

d_БП = d_П + 3 · r = 35 + 3 · 2 = 41 мм,

где r = 2 мм определяется по таблице 35 [Р. 10] в зависимости от значения d.

Линейные размеры соответствующих участков вала:

длина посадочного конца вала

ℓ_МБ = 1,5·d = 1,5 · 24 = 36 мм;

длина промежуточного участка

ℓ_КБ = 0,8∙d₁ = 0,8∙31 = 24,8 мм;

длина резьбового участка

= 0,4 ∙ d₂ = 0,4∙35 = 14 мм;

длина участка вала под подшипник

ℓ_П = ℓ_Р + Т = 46,2 + 18,25 = 64 мм,

где ℓ_Р = 0,3 ∙ d_ае2 = 0,3 ∙ 154 = 46,2 мм - рабочая длина, по которой ведётся расчет на прочность и жёсткость вала.

Длина вала-шестерни:

ℓ₁ = ℓ_МБ + ℓ_КБ + + ℓ_Р + Т + b = 36 + 24,8 + 14 + 18,25 + 46,2 + 24 =

= 163,2 мм. Принимаем ℓ₁ = 164 мм.

Другие размеры вала, включая общую длину, выявляются при вычерчивании компоновочного эскиза передачи.