5 Конструктивная разработка и расчет валов

5.1 Конструктивная разработка и расчет быстроходного вала

Быстроходный вал выполняем заодно с шестерней редуктора в виде вала-шестерни.

5.1.1 Выбор муфты

Муфты упругие втулочно-пальцевые служат для соединения валов и передачи вращающего момента от одного вала к другому, для компенсации смещения осей соединяемых валов, для амортизации, возникающих при работе вибраций и ударов и предохранения механизмов от поломки.

Ориентировочно определяем диаметр участка вала под посадку муфты. Считаем, что на этом участке вала будет действовать крутящий момент. Тогда:

(5.1.1)

где [] – допускаемое напряжение на кручение, для материала вала. Для предварительных расчетов рекомендуется принимать в пределах 15-25 МПа.

Т₁–крутящий момент на быстроходном валу, Нм.

dмм

Выбор муфты производим в зависимости от диаметра вала d_m.

Муфта 125–30–1.1 ГОСТ 21424–93

Принимаем d_m =38 мм; ℓ_m =80 мм, Д_М =100 мм.

Проверяем правильность выбора муфты.

Т_р =Т₁ ∙ К_р ≤ Т_ном (5.1.2)

где Т₁ – крутящий момент на быстроходном валу, Нм;

К_р =1,1 – коэффициент безопасности.

Т_р =195 ∙ 1,1=214,5 Нм ≤ Т_ном=250Нм.

5.1.2 Разработка эскиза быстроходного вала

Принимаем диаметр под уплотнение равным диаметру под подшипник:

d_У = d_П = d_m + 2t (5.1.3)

где t –буртик, принимаем по таблице 5.1.

=d+2t=38+2*2,5=43 мм

Вибираємо підшипники середньої серія 46309 d=45 мм; D=100мм; B=25мм;

Муфта упругая втулочно-пальцевая ГОСТ 21424–93

Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный (ГОСТ 831–75)

Определяем диаметр буртика под подшипник (табл.5.1):

d_БП = d_П + 2t (5.1.4)

=d+3,2r=45+3,2*2,5=50 мм Принимаем =51мм.

Длину вала под уплотнение с учетом ширины манжеты, зазоров и толщины крышки принимаем: ℓ_У = 40  50 мм.

Определяем зазор Х между колесами и корпусом:

Х  3 ∙ m (5.1.5)

Х=3m=3*3,5=10,5 мм

Принимаем Х=12 мм

Расстояние между опорами, мм:

ℓ_o = B + 2X + b₁ (5.1.6)

ℓ_o = 25+2*12+96=145 мм

Длина консольного участка вала:

ℓ_К = В/2 + ℓ_У + ℓ_m (5.1.7)

ℓ_К = 25/2+45+80=137,5мм

Рис 5.1. Эскизная компоновка быстроходного вала.

5.1.3 Выбор шпонки и проверочный расчет шпоночного соединения

Для фиксации муфты и передачи крутящего момента от электродвигателя к шестерне на валу в специально изготовленных пазах устанавливают призматические шпонки.

Выбираем шпонку по d_m с размерами. Длину шпонкиℓ выбираем по стандартному ряду на 5–10 мм меньше длины посадочных мест сопряженных деталей.

b=10 мм, h=8мм, 5 мм, l=70мм,

Выбранную шпонку необходимо проверить на смятие ее боковых сторон.

Шпонка призматическая ГОСТ 23360-78.

Условие прочности на смятие, МПа

(5.1.28)

где Т₁ – крутящий момент на ведущем валу, Нм;

d – диаметр вала в рассматриваемом сечении, мм;

t₁ – величина заглубления шпонки в вал (табл.5.4), мм;

h – высота шпонки, мм;

ℓ_р – рабочая длина шпонки при скругленных торцах, мм;

(5.1.29)

b – ширина шпонки, мм.

[]_см – допускаемое напряжение смятия, зависящее от принятого материала для шпонки. При стальной ступице []_см = 100–150 МПа.

=МПа<=100--150МПа

условие прочности на смятие выполняется.