Конструирование промежуточного и быстроходного валов редуктора.
Для того, чтобы начать работу над конструированием промежуточного вала редуктора, необходимо знать следующие параметры:
- крутящий момент на промежуточном валу редуктора: М2, Н·м;
- ширину зубчатого венца колеса I-ой передачи: b2, мм;
- ширину зубчатого венца шестерни II-ой передачи: b3, мм.
Для дальнейших расчетов примем: М2=800 Н·м; b2=30 мм; b3=50 мм.
Расчет промежуточного вала редуктора следует начать с определения диаметра вала под зубчатым колесом. Определить его можно по формуле:
где: М2 – крутящий момент на промежуточном валу редуктора, Н·м;
[τкр] – допускаемое напряжение кручения, МПа.
При подстановке численных значений в формулу, нужно учитывать, что диаметр вала (d2) мы должны получить в мм, поэтому величину крутящего момента (М2), мы подставляем в формулу умножая на 103.
Значение [τкр] для промежуточного вала принимают равным 10-15 МПа, для быстроходного вала 20-25 МПа.
Подставим численные значения в формулу:
Получим:
Полученное численное значение нужно округлить до ближайшего большего стандартного значения по ГОСТ 12080-66 и ГОСТ 12081-72:
10, 10.5, 11, 11.5, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 35, 38, 40, 42, 45, 50, 53, 55, 60, 63, 65, 67, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 ...
Поскольку на ступени слева у нас будет находиться подшипник (диаметр такой ступени должен быть кратен пяти), поэтому принимаем значение не 65, а 67 мм.
Поскольку мы определяем диаметр вала под зубчатым колесом, нам необходимо предусмотреть шпонку на данной ступени, для передачи крутящего момента от вала к колесу. По справочным данным определяем параметры призматической шпонки для диаметра вала в 67 мм: b – ширина шпонки 20 мм; h – высота шпонки 12 мм; t1 – высота заглубляемой (в вал) части шпонки 7,5 мм.
Во время работы шпонка подвергается напряжениям смятия и среза. Но поскольку площадь поверхности шпонки, подвергающаяся напряжениям смятия, гораздо больше, чем площадь поверхности, подвергаемая напряжениям среза, то и вероятность смятия шпонки выше. Поэтому при конструировании данной ступени вала, шпонки на срез не рассчитываются, т.е. если шпонка выдержит напряжение смятия, то и напряжение на срез она выдержит тоже.
Определить
необходимую для передачи нужного
крутящего момента, длину шпонки, можно
по формуле:
где: [σсм] – допускаемое напряжение смятия, МПа.
При производстве шпонок используют холоднотянутую сталь 45, для которой допускаемое напряжение смятия составляет: [σсм]=100...110 МПа.
Подставим
численные значения в формулу:
Получим:
Длина ступени вала определяется как:
Подставим численные значения:
Поскольку параметр b2=30 мм, а длина ступени lст2 получилась равной 60 мм, то разницу этих расстояний займет ступица зубчатого колеса, т.е. выглядеть это будет следующим образом:
Определив параметры (диаметр и длину) ступени можем приступить к конструированию вала. Вычерчиваем ступень по полученным размерам.
Слева от этой ступени будет находиться еще одна, на которой будет установлен подшипник, поэтому диаметр этой ступени должен быть кратным пяти. Выбираем ближайшее стандартное значение d1=65 мм.
Длина данной ступени будет слагаться из ширины подшипника, располагающегося на ней и ширины мазеудерживающего кольца.
При выборе подшипников нужно руководствоваться следующими критериями: на быстроходном валу следует устанавливать подшипники средней серии (3), на промежуточном валу подшипники легкой серии (2), на тихоходном валу легкой (2) или особо легкой (1) серии.
Установим на данную ступень шариковый радиальный однорядный подшипник легкой серии №213 ГОСТ 8338-75. Его параметры d=65 мм, D=120 мм, B=23 мм.
Мазеудерживающее кольцо представляет собой диск со ступицей. На поверхности диска нарезается метрическая резьба (2-3 витка). Наружный диаметр кольца совпадает с наружным диаметром подшипника.
Для смазки подшипников используется консистентная (густая) смазка, а для смазки зубчатого зацепления используется жидкая смазка. Во время работы, за счет действия центробежных сил, мазеудерживающие кольца отбрасывают капли жидкой смазки, тем самым, предотвращая вымывание густой.
Толщина диска мазеудерживающего кольца и длина его ступицы принимаются конструктивно и находятся в указанных на рисунке пределах.
Таким образом, приняв конструктивно длину ступицы мазеудерживающего кольца равной 15 мм, а ширину подшипника равной 23 мм, мы можем определить длину ступени. Она составит 38 мм. Чертим ее слева от ранее начерченной ступени.
С левой стороны на промежуточном валу больше ничего не будет, поэтому дальнейшие построения будут направлены в правую сторону.
Справа от ступени, на которой будет находиться зубчатое колесо I-ой передачи будет расположен буртик. Толщину буртика принимают конструктивно в пределах от 5 до 10 мм. Высоту заплечика, для упора зубчатого колеса, принимают равной от 3 до 10 мм для диаметров валов от15 до 100 мм. Чертим буртик.
Длину, следующей за буртиком ступени вала (lст3), на которой будет находиться шестерня II-ой передачи, принимаем в соответствии с шириной этой шестерни, т.е.:
- если b3 ≤ lст2, то lст3 = lст2
- если b3 > lст2, то lст3 = b3.
В нашем случае lст2=60 мм, а b3=50 мм, поэтому длину ступени под шестерню второй передачи, а также ее диаметр, принимаем равными длине и диаметру ступени под колесом первой передачи, т.е. lст3=lст2=60 мм, d3=d2=67 мм. Параметры шпонки тоже сохраним. Чертим еще одну ступень.
На
последней ступени с правой стороны
будут находиться подшипник и
мазеудерживающее кольцо, параметры
которых нам уже известны, поэтому данную
ступень унифицируем со ступенью
расположенной слева. Дочерчиваем
промежуточный вал.
Сконструированный нами промежуточный вал оказался симметричным, но так происходит не всегда. Довольно часто длины ступеней lст2 и lст3 (в примере равные 60 мм), оказываются различными.
После того, как вал будет сконструирован, вычерчивают располагающиеся на нем детали и наносят необходимые размеры. Стенки редуктора вычерчивают тонкой линией, как «обстановку».
После того как был построен промежуточный вал редуктора, приступают к конструированию быстроходного вала. Его расчет начинают с определения диаметра выходного конца вала, по той же формуле, которую мы применяли для определения диаметра ступени промежуточного вала под зубчатым колесом.
Подставим численные значения параметров в формулу, не забываем, что значение крутящего момента нужно умножить на 103, для того чтобы получить значение d1 в мм, а допускаемое напряжение кручения [τкр] для быстроходного вала принимаем в пределах 20-25 МПа.
Получим:
Подбираем ближайшее стандартное значение, принимаем d1=45 мм.
Длину этой ступени (l1), принимают минимальной, согласно детали, закрепляемой на ней, с целью уменьшения консольных нагрузок на подшипник. Если присоединяется полумуфта, то значение l1≈(1,5÷2)d1. Примем длину первой ступени равной 2d1, тогда получим:
Далее определяем параметры второй ступени, на которой будет располагаться сквозная крышка с манжетой. Диаметр этой ступени должен быть больше предыдущего, поэтому принимаем ближайшее большее стандартное значение d2=50 мм.
Длина этой ступени (l2) складывается из нескольких параметров:
- толщины сквозной крышки (в нашем случае 23 мм), принимаемой по стандарту (ГОСТ 18512-73). Крышка подбирается по наружному диаметру подшипника (выбор подшипника ниже);
- высоты головки болта, для крепления крышки (в нашем случае болт М10, с высотой головки Н=7 мм). Болт подбирается по диаметру отверстия в крышке;
- зазор 2...3 мм.
В результате имеем длину второй ступени:
Переходим к определению параметров третьей ступени быстроходного вала.
Диаметр этой ступени должен быть больше предыдущего и кратен пяти, т.к. на нем будет располагаться подшипник. Принимаем ближайшее большее стандартное значение диаметра этой ступени d3=55 мм.
Длина третьей ступени (l3) будет складываться из ширины подшипника и ширины мазеудерживающего кольца. Диаметр этой ступени равен 55 мм, на быстроходном валу следует располагать подшипники средней серии (3), поэтому выбираем подшипник 311 с параметрами d=55 мм, D=120 мм, В=29 мм. Ширина мазеудерживающего кольца принимается конструктивно в пределах до 15 мм, примем:
Определяем параметры четвертой ступени быстроходного вала.
Диаметр d4 – принимаем как ближайшее большее стандартное значение по отношению к d3, тогда d4=60 мм.
Длина этой ступени (l4) будет равна длине ступицы зубчатого колеса, располагающегося на ней. Принимается конструктивно.
Далее следует буртик для ограничения передвижения зубчатого колеса в осевом направлении, его параметры подбираются конструктивно. Толщину буртика принимают конструктивно в пределах от 5 до 10 мм. Высоту заплечика, для упора зубчатого колеса, принимают равной от 3 до 10 мм для диаметров валов от15 до 100 мм. Принимаем: d5=70 мм, l5=10 мм.
Диаметр буртика является большим из всех диаметров в конструкции этого вала, поэтому диаметры ступеней расположенных далее будут постепенно уменьшаться.
Диаметр шестой ступени вала примем равным d6=60 мм, ее длина (l6) будет определена конструктивно из чертежа вала.
Параметры седьмой, заключительной ступени, будут аналогичны параметрам третьей ступени, т.к. на ней тоже будут находиться подшипник и мазеудерживающее кольцо. Поэтому: d7=d3=55 мм, l7=l3=38 мм.
Для удобства дальнейших построений сведем все полученные значения параметров в таблицу.
Приступаем к вычерчиванию быстроходного вала. Построения ведем в проекционной связи с промежуточным валом. Для удобства работы уберем размеры с промежуточного вала.
Для начала проведем вспомогательные линии через середину каждого подшипника и зубчатого колеса I-ой передачи. Проводим осевую линию быстроходного вала (межосевое расстояние определяем заранее).
Вычерчиваем подшипники в проекционной связи с подшипниками, расположенными на промежуточном валу. Добавляем мазеудерживающие кольца, также в проекционной связи с кольцами на промежуточном валу. Из-за изменившейся ширины подшипника, по сравнению с промежуточным валом, изменится и ширина мазеудерживающего кольца (в меньшую сторону).
Чертим шестерню I-ой передачи, входящую в зацепление с зубчатым колесом на промежуточном валу (параметры шестерни должны быть определены заранее). В справочнике находим параметры шпоночного паза для диаметра d4.
Справа от шестерни добавляем буртик, используя параметры d5 и l5.
В результате определяется длина шестой ступени. Достраиваем ее, используя значение d6.
Достраиваем глухую крышку (ГОСТ 18511-73), закрывающую подшипниковый узел с правой стороны. Корректируем стенки редуктора. Удаляем вспомогательные линии.
Приступаем к построению второй ступени, на которой будет находиться сквозная крышка (ГОСТ 18512-73) с манжетным уплотнением (ГОСТ 8752-79) внутри. Используем параметры d2 и l2. Корректируем стенки редуктора.
Переходим к заключительному этапу построений. Дочерчиваем первую ступень быстроходного вала, используя параметры d1 и l1. В справочнике находим параметры шпоночного паза для диаметра d1.
Проставляем размеры.
На этом проектирование быстроходного и промежуточного валов можно считать оконченным. Параметры тихоходного вала редуктора определяются подобно параметрам быстроходного вала.
Этот чертеж-Ваша конечная цель. Именно такое изображение Вам необходимо будет загрузить в разделе "Домашняя работа". Промежуточные этапы построения загружать не нужно.
Дочерчивайте, появившиеся вопросы можно будет задать в чате группы до конца этой пары.