7. Расчет соединения вал-ступица.
Для соединения зубчатого колеса с валом целесообразнее применять шпоночное соединение , как наиболее дешёвое.
Пример расчёта шпоночного соединения покажем для прмежуточного вала.
Для
расчёта шпоночного соединения (определения
длины шпонки) составим рас-чётную схему.
Для диаметра вала d2=45 мм. [1,табл. 8.9,с.169] выбираем размеры шпонки и шпоночного паза:
b=14 мм. – ширина шпонки , h=9 мм. – высота , t=4,5 мм. – высота шпоночного паза. , lp – расчётная длина , l – полная длина шпонки , d – диаметр вала.
Запишем
выражение для проектировочного расчёта
шпоночного соединения по критерию
смятия.
где F – сила , действующая на шпонку (Н).,А – меньшая боковая площадь контак-та шпонки (мм²) , σсм – напряжение смятия , действующее на шпонку (МПа) ,
[σсм] – допускаемое напряжение смятия.
Величины
A
и F
могут быть определены по формулам :
Подставляя значения A и F в выражение для напряжения смятия получим форму-лу для проектировочного расчёта шпонки:
Величину
допустимых напряжений смятия определим
из [1,c.170].Эта
величина составит: [σсм]=130
МПа . Подставляя численные значения в
выражение для lp
получим величину расчётной длины шпонки.
Известно что l=lp+b.
Подставляя численные значения в это выражение получим величину полной дли-ны шпонки: l=32,8+14=39,23 мм.
Из таблицы согласно ГОСТ 23360 – 78 [1,c.169] находим значение длины шпонки из стандартного ряда(l=40мм).
Проведём проверочный расчёт шпонки на срез.
Воспользуемся выражением :
г
де
[τ]
– допускаемые касательные напряжения.
Найдём соответствующее длине шпонки l величину расчётной длины шпонки.
lp=l-b=40-14=26мм.
Тогда:
Т
о
есть условие прочности шпонки на срез
выполняется.
Аналогично для других шпонок:
2-ая шпонка(на промежуточном валу,в месте посадки колеса)
d=45мм; b×h×l=14×9×36;t=4,5мм;lр=22мм;
σсм=149 МПа; τ=55,3 МПа
3-ая шпонка(на тиходном валу)
d=58мм; b×h×l=16×10×56 ; t=5мм;lp=40мм;
σсм=155,2 МПа; τ=48,5 МПа
4-ая шпонка(на тиходном валу, в месте посадки муфты-2штуки)
d=50мм; b×h×l=14×9×36 ; t=4,5мм ;lp=22мм;
σсм=163,3 МПа; τ=52,3 МПа.
8. Выбор муфты и проверка её деталей.
Муфта стандартное изделие поэтому нет необходимости проектировать ее само-стоятельно, достаточно выбрать какую-либо стандартную муфту и проверить ее на прочность.
Для проектируемого привода выберем муфту зубчатую , для соединения выходно-го вала с валом последующего механизма. Зубчатая муфта компенсирует все виды несоосности валов.
Выберем муфту по передаваемому крутящему моменту, а затем проверим на прочность зубья.
Формула для проверочного расчета имеет вид :
Р
асчётный
момент:
Кб
–
коэффициент безопасности, Кб=1,2.
Кд – коэффициент динамичности, Кд =1,5.
КН = 1,1 коэффициент неравномерности распределения нагрузки;
dm = zm*mm – делительный диаметр зубьев;
mm - модуль зацепления;
zm – число зубьев;
bm –длина зуба;
h = 1,8mm = 5,4 мм – рабочая высота зуба;
[σсм ]= 12 – 15 МПа – допускаемое напряжение на смятие зубьев.
Исходя из момента на выходном валу 900 Н*м выбираем муфту предназначенную для передачи крутящего момента до 4000 Н*м и отверстия в полумуфте Æ53 мм. Эта муфта имеет следующие основные размеры:
Наибольший диаметр – 220 мм;
Диаметр обоймы – 150 мм;
Диаметр ступицы полумуфты – 90 мм;
Ширина фланцев – 34 мм;
Параметры зубчатого венца:
Длина зуба – 15 мм;
Модуль – 2,5 мм;
Число зубьев – 38.
dm=zm*mm= 38*2,5 = 95 мм
h =1,8*mm = 1,8*2,5 = 4,5 мм
П
о
указанным геометрическим параметрам
муфты определим напряжения смятия:
Расчет показал правильность выбора муфты.
Длина ступицы полумуфты принимается 105 мм в соответствии с длиной шпонки переда-ющей момент от вала к полумуфте.
Рассчитаем диаметр болтов соединяющих полумуфты и установленных без зазора. Сила действующая на болты определяется по формуле :
D
б
– диаметр расположения болтов, Dб
=
( D+D1)/2
= 185 мм;
zб – число болтов, принимаем 6.
Диаметр стержня болта определим из условия прочности на срез:
[
τ]
– допускаемое напряжение на срез.
σ
т
–предел текучести, стали 30
Диаметр болтов:
С учётом запаса прочности принимаем болты М10, класс прочности 5, 6.