Также в коробке подач присутствуют шпоночные соединения, которые необходимо проверить на смятие. Расчет проводится по формуле:

Рисунок 4.3- Шпоночное соединение

_см =

где М_кр –крутящий момент на валу ,Нм;

d– диаметр вала = 20 мм;

h– высота шпонки = 5мм;

l_р– рабочая длина шпонки = 10 мм ;

[_см] – допускаемые напряжения смятия для материала шпонки 45.

[_см] = 150 МПа.

Рабочая длина шпонки определяется по формуле:

l_р=l_шп –b, мм

где l_шп– длина шпонки;

b– ширина шпонки.

l_р= 10 – 5 = 5мм

Подставляем в формулу получаем:

_см =

Условие выполняется.

4.5 Проверочный расчет подшипников

Предварительно принимаем для всех валов радиальные подшипники 203 ГОСТ 8338-75 со следующими параметрами:d = 17мм, D = 40мм, B = 12 мм, допускаемая динамическая грузоподъемность С = 9560 Н.

Эквивалентная нагрузка[8, с. 347]:

Р = VF_rk_k_т ,

где V = 1 - коэффициент вращения;

F_r – радиальная нагрузка;

k_ = 1,2 – коэффициент безопасности;

k_т = 1 – температурный коэффициент.

Необходимая долговечность подшипников в млн. оборотов, при долговечности в часах L_h = 5000 часов и частоте вращения вала n=33,6 мин ^-1:

млн. об.

Требуемая динамическая грузоподъемность:

Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре.

Р= 190,61,2 1 = 108,7 Н

Н

Значение требуемой динамической грузоподъемности не превышает допускаемого значения. Следовательно, подшипники работоспособны.

5 Расчет усилий на рукоятках механизма управления

Составляем расчетную схему см. рисунок 5.1.

Рисунок 5.1 – Расчетная схема

Определяем массы подвижных частей механизма переключения.

Массу блоков зубчатых колёс, вилок, дисков определяем по методике, изложенной в литературе [9], разбивая их на элементарные фигуры.

Массы блоков зубчатых колёс: m₁m₂ m₃ = 0.8кг.

Массы вилок: m_в2= 1.41 кг, m_в2= 0.92 кг, m_в3= 1.02 кг.

Масса дисков: m_д= 4.52 кг

Сила трения, возникающая при перемещении блоков:

,

где М_б – суммарная масса блоков, Н

f – коэффициент трения (f=0.1)

_шл – КПД шлицев (_шл =0.95)

Н

Сила трения, возникающая при перемещении вилок:

F_в= М_вf,

где М_в – суммарная масса вилок, Н

F_в=(1.41+0.92+1.02)100.1=3.35 Н

Сила трения, возникающая при перемещении дисков:

,

где М_д– суммарная масса дисков, Н

Н

Усилие пружины, необходимое для возврата дисков в исходное положение:

Н

Сила трения, возникающая при входе зубьев в зацепление:

F_з= F_бf = 2.530.1= 0.25Н

Усилие, которое необходимое преодолеть при снятии вилок с фиксаторов (рисунок 7):

F_ф=n(F_тр1+ F_тр2)cos45,

где n – число одновременно работающих фиксаторов (n = 3)

Рисунок 7 – Расчетная схема

F_тр1 = F_тр2 = (F_прcos 45)f;

где F_пр – рабочее усилие пружины (принимаем F_пр = 20Н)

F_тр1 = F_тр2 = (20cos45)  0.1 = 1.42 H

F_ф = 3 (1.42 + 1.42) cos45 = 6.02 Н

Все силы приводим к рычагу, перемещающему диски:

F_ = F_з + F_бл +F_в + F_ф + F_д + F_пр =0.25+2.51+3.35+6.02+4.76+47.58=64.5Н

Уравнение моментов относительно оси поворота рычага

F_l = F_pL,

где l- длина рычага, мм (l= 135мм);

L – длина рукоятки ,мм;

F_p – усилие на рукоятке, Н ( F_p = 40H)

Откуда:

мм

Принимаем L= 250мм .

6 Описание конструкции коробки скоростей

Механизм коробки подач расположен в корпусе, отлитом из серого чугуна марки СЧ20. Коробка состоит из 4-х валов, на которых насажены зубчатые колёса и блоки шестерён, осуществляющие передачу движения с входного вала  на выходной IV. Все валы установлены на радиальных шарикоподшипниках (осевая нагрузка отсутствует). Для увеличения жёсткости валов опоры максимально сближены. Для передачи необходимых крутящих моментов зубчатые блоки колёс установлены на валы с использованием шлицевых соединений, неподвижные зубчатые колеса установлены как на шлицевых валах, так и с использованием шпонок (где нецелесообразно применение шлицев, как наиболее трудоемких при изготовлении). Движения на валы передаются при помощи электромагнитных муфт, на ходовой винт движение передается при помощи кулачковой муфты. Неподвижные колеса застопорены от осевого смещения пружинными стопорными шайбами.

Зубчатые колёса изготовлены из стали 45 с термообработкой - нормализация НВ = 170.

Управление переключением скоростей осуществляется механизмом с предварительным набором величины частоты вращения, позволяющим подготовить следующее включение частоты вращения (не нарушая предыдущей) и в нужный момент с помощью рукоятки быстро производить переключение. Предварительный выбор величины частоты вращения производится поворотом лимба. Лимб при помощи конической передачи поворачивает сдвоенные диски. Рукоятка при помощи зубчатых секторов и рычагов сдвигает диски, которые через штыри передвигают ползуны с вилками, входящими в пазы передвижных блоков шестерен.

Фиксация блоков осуществляется с помощью подпружиненных шариков.

Смазка к шестерням и подшипникам подаётся насосом по трубкам (в коробке не показаны).