Проектирование механических передач. Эскизный проект

Конструирование шкива. В качестве материала для изготовления шкивов используем СЧ15 при окружной скорости 30 м/c, при этом ведущий шкив изготавливаем дисковым, а ведомый – со спицами.

Число спиц ведомого шкива рассчитываем по формуле [2, с. 22]

где псп – число спиц: псп 3 ;

d2 – диаметр ведомого шкива, мм. Определяем число спиц ведомого шкива:

псп 17 315 2,535.

Принимаем число спиц псп 3.

Определяем размеры профиля канавок шкива по выбранному ранее сечениюремня Б дляконструкциишкива со спицами по табл. П6:

р 19,0 мм, f 12,5 мм, 38 , lр 14 мм, h 10,8 мм.

Определяем ширину шкива по формуле

М (z 1) р 2 f ,

где М – ширина обода шкива, мм;

z– число клиновых ремней;

р– шаг канавки шкива, мм;

f – величина отступа оси бокового ремня, мм.

80

Рассчитываем ширину шкива:

М (5 1) 19 2 12,5 101 мм.

Определяем диаметр выходного конца вала под шкив из расчета на кручение по формуле (3.1):

где dвал1 – диаметр первой ступени вала, мм; T1 – крутящий момент на валу-шестерне, Н·м;

[τк]– допускаемое напряжение при кручении, МПа . Для быстроходного вала принимаем [τк] 15 МПа.

Рассчитываем dвал1 :

Принимаем по табл. П1 ГОСТ 6636–69 dвал1 38 мм. Рассчитываем диаметр ступицы шкива:

Dст (1,6...2,0)dв (1,6...2,0) 38 60,8 76 мм.

Принимаем по табл. П1 ГОСТ 6636–69 Dст 62 мм. Находим внешний диаметр шкива:

de2 d2 2b ,

где de2 – внешний диаметр ведомого шкива, мм; d2 – делительный диаметр ведомого шкива, мм;

b – высота головки зуба. По табл. 2.5.7 [2, с. 24] принимаем b 5 мм.

81

Находим de2 :

de2 d2 2b 315 2 5 325 мм.

Диаметр и длину ступицы определяем по соотношениям для зубчатых колес внешнего зацепления

Принимаем Lст 76 мм.

Проверим шпоночное соединение вала с ступицей при принятой длине.

Исходные данные:

–диаметр вала d 38 мм;

–стандартные размеры шпонки b h l 12 8 50 мм ;

lрмин – минимальная рабочая длина шпонки;

t1 – глубина паза вала: t1 5 мм ;

Т – крутящий момент на валу: Т = 155,24 Н·м.

Материал вала – сталь 40Х, материал шкива – чугун СЧ15, материал шпонки – сталь 45.

σсм 50 70 МПа – допускаемое напряжение на смятие. Условие прочности шпоночного соединения на смятие

Условие прочности соблюдается.

Быстроходный вал (рис. 6.2). Диаметр первой ступени ведущего вала рассчитывался при проектировании шкива dвал1 38 мм.

82

Диаметр вала dвал3 создает упорный буртик для подшипника. Диаметр вала вычисляем по формуле

dвал3 dвал4 3,2 r,

где r – значение координаты фаски подшипника; по таблице

(см. табл. 3.1) r 2,8 мм.

Находим dвал3 :

dвал3 50 3,2 2,8 58,96 мм.

По таблице П1 принимаем dвал3 60 мм.

Тихоходный вал (рис. 6.3).

Для тихоходного вала принимаем [τк] 22 МПа .

Рис. 6.3. Приближенная конструкция ведомого вала

Рассчитываем выходной конец вала dтих1 по выражению (3.1):

dтих1 3 T2103 ,

0,2[τк]

где T2 – крутящий момент на ведомом валу: T2 368,9 Н·м;

[τк] – допускаемые напряжения при кручении: [τк] 22 МПа. Находим величину выходного диаметра тихоходного вала dmaх1 ,

использующегося для соединения под муфту:

84

По табл. П1 ГОСТ 6636–69 принимаем dmaх1 44 мм.

Диаметр dmaх2 выполняется под манжетное уплотнение и под

посадку подшипников (необходимо, чтобы он был кратен 5) и рассчитывается по соотношению

dmax 2 dmax1 2 t ,

где t – упорный буртик вала для муфты, по таблице (см. табл. 3.1) принимаем t 2,8 мм.

Величина диаметра

dmax 2 44 2 2,8 49,6 мм.

В соответствии с требованиями по табл. П1 ГОСТ 6636–69 при-

нимаем dmax 2 50 мм.

Следующая ступень предназначена для зубчатого колеса. Так как по технологическим соображениям подшипник упирается не в буртик вала, а в распорное кольцо и в конечном итоге – в колесо, то

целях экономии материала диаметр вала dmax 3 по формуле:

dmax 3 1,05 dmax 1,05 50 52,5 мм.

Принимаем 54 мм.

Ступень dmax 3 необходима, во-первых, для того чтобы при мон-

таже зубчатого колеса не повредить шлифованную под подшипники поверхность вала. Кроме того, данное сечение из-за наличия в нем шпоночного соединения – одного из источника концентрации напряжения – является опасным при расчете вала на усталость.

Диаметр dmax 5 рассчитывается по следующей формуле:

85

dmax 5 dmax 3 3 f ,

где f – величина фаски ступицы; по таблице (см. табл. 3.1) принимаем f 2 мм.

Предварительный диаметр вала dmax 5

dmax 5 54 3 2 60 мм.

По табл. П1 ГОСТ 6636–69 полученную величину округляем до стандартного значения:

dmax 5 60 мм.

Диаметр dmax 4 принимается равным dmax 2 , так как он проектируется под подшипник:

dmax 4 dmax 2 50 мм.

Подбор муфты. Подбор и расчет муфты производится по максимальному крутящему моменту, который определяется с учетом динамических нагрузок и возможных перегрузок привода во время работы.

В данном случае подбираем муфту цепную на выходном конце тихоходного вала редуктора.

Определяем расчетный момент Тр :

Тр Kр Тн ,

где Тн – расчетный момент: Тн 368,9 Н·м;

Kр – коэффициент режима нагрузки. Принимаем по табл. 5.3 для ленточных конвейеров Kр 1,25 .

Подставляем значения:

Тр 1,25 368,9 461,125 Н·м.

86

По табл. П4 выбираем муфту исполнения 2 с номинальным крутящим моментом Т 500 Н·м с диаметром посадочного отверстия

dmax1 44 мм при D 200 мм, L 172 мм, l 57 мм, цепь с шагом

Р 31,75 мм и числом зубьев 14, Пр-31, 75-8900 ГОСТ 13568–75.

При этом допускается радиальное смещение валов не более r = 0,32 мм. Обозначение муфты: Муфта 500-2-44-2 ГОСТ 20742–93.

Определим делительный диаметр звездочки dэ [2, с. 237]:

dэ P z / π 31,75 14 / 3,14 141,56 мм.

Нагрузка на вал, создаваемая муфтой. Окружная сила от дей-

ствия муфты определяется по формуле [2, с. 64]

Ftм 2dTэ2 ,

где Ftм – окружная сила от действия муфты, кН;

T2 – крутящий момент на тихоходном валу, Н·м; dэ – делительный диаметр звездочки, мм.

Ftм 2 368,9 5,2 кН. 141,56

Определяем силу, нагружающую вал зубчатой передачи. Для жестких муфт [4, с. 63]

Fм 0,2Ftм 0,2 5200 1040 Н.

Выполняем предварительный подбор подшипников.

Согласно рекомендации табл. 1.1 в качестве опор входного и выходного валов конического редуктора предварительно выбираем роликовые конические подшипники.

Для ведущего вала принимаем подшипник 7510 ГОСТ 333–79 со следующими техническими характеристиками:

87

C0 54 кН.

Схема установки подшипников на ведущем валу – «врастяжку». Для ведомого вала принимаем подшипник 7210 ГОСТ 333–79 со

следующими техническими характеристиками:

C0 40,6 кН.

Схема установки подшипников на ведомом валу «враспор». Определяем размеры ступиц колеса. Длина ступицы

Dст (1,6...1,8) dmax 3 ,

где dmax 3 – диаметр вала, предназначенный под посадку колеса, мм. Определяем Dст :

Dст (1,6...1,8) 54 86,4 97,2 мм.

По табл. П1 ГОСТ 6636–69 принимаем Dст 86 мм. Определим длину ступицы по формуле (4.1):

Lст (1,2...1,5) dmax 3 ,

где Lст – длина ступицы зубчатого колеса, мм. Подставляем значения:

Lст (1,2 1,5) 54 64,8 мм.

По табл. П1 ГОСТ 6636–69 принимаем Lст 62 мм.

Проверим шпоночное соединение вала с зубчатым колесом при принятой длине ступицы колеса.

Исходные данные:

–диаметр вала d 54 мм;

–стандартные размеры шпонки b h l 16 10 50 мм ;

lрmin – минимальная рабочая длина шпонки;

88

t1 – глубина паза вала: t1 6,0 мм;

Т – крутящий момент на валу: Т = 36869 Н·м.

Материал вала – сталь 45, материал колеса – сталь 45, материал шпонки – сталь 45.

σсм 100 120 МПа – допускаемое напряжение на смятие. Условие прочности шпоночного соединения на смятие

Условие прочности соблюдается.

В связи с тем что способ смазки подшипников влияет на расстояние от внутренней стенки редуктора до боковой поверхности подшипника

качения с1 , определяем способ смазыванияпередач и подшипников. Так

как скорость в зубчатом зацеплении в редукторе невысокая ( = 2 м/c), для смазывания зубчатых колес используем картерное смазывание – окунание зубчатых колес в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружениятихоходногоколесавмаслонаглубину, равнуювысотезуба.

Выбираем масло по контактным напряжениям и окружной ско-

рости колес. Так, при = 2 м/c и контактных напряжениях менее 600 МПа по табл. 10.29 [1, с. 241] выбираем масло индустриальное, для гидравлических систем, без присадок И-Г-А-68 ГОСТ 17479–87.

Для смазывания подшипников быстроходного вала используем консистентную смазку солидол жировой УС-1 ГОСТ 1033–79. Для исключения вымывания консистентной смазки устанавливаем мазеудерживающую шайбу. Смазывание подшипников тихоходного вала осуществляем за счет масляного тумана, образующегося при

= 2 м/c.

Размеры, необходимые для выполнения компоновки, определяем по формулам (3.2)–(3.20).

89