3.2. Предварительный расчет
Наименьший диаметр имеет концевой участок вала (консольная ступень), на котором устанавливаются детали открытых передач или муфты. Для вала одноступенчатого редуктора ориентировочный расчет сводится к определению диаметра именно этой ступени. Ориентировочный расчет выполняется по напряжениям кручения (как при чистом кручении), т.е. при этом не учитывается напряжение изгиба, концентрация напряжений и переменность напряжений во времени (циклы напряжений). Поэтому для компенсации приближенности этого метода расчета допускаемое напряжение на кручение принимают заниженным: [t] 10…20 МПа. При этом меньшие значения [t] принимают для быстроходных валов, большие – для тихоходных.
Диаметр консольной ступени вала из условия прочности на кручение
,
где Мк, Нмм - крутящий момент, равный вращающему моменту на валу.
Значение dk выбирается из ряда нормальных линейных размеров [1,с.391], а длина ступени – по стандарту, в зависимости от принятого значения dk [1,с.455]. Диаметры других ступеней принимаются из конструктивных соображений.
3.3. Выбор подшипников качения
Выбор наиболее рационального типа подшипника для данных условий работы зависит от ряда факторов: передаваемой мощности, типа передачи, соотношения сил в зацеплении, частоты вращения внутреннего кольца подшипника, требуемого срока службы, приемлемой стоимости, схемы установки. Особенности выбора подшипников для передач разных типов следует изучить по имеющейся литературе [1,п.5.1.3]. В зависимости от конструкции передачи определяется тип, серия (для быстроходного вала – средняя серия, для тихоходного – легкая) и схема установки подшипников. Типоразмер подшипника определяется по диаметру внутреннего кольца, равного диаметру вала. Необходимо выписать основные параметры подшипников: геометрические размеры (d, D – диаметры подшипников, В – ширину шарикоподшипников, Т и С – осевые размеры роликоподшипников), динамическую Cr и статическую Cor грузоподъемности.
3.4. Разработка конструкции вала
Определение геометрических размеров вала и предварительный выбор подшипников производятся параллельно в процессе эскизной компоновки редуктора. Типовые конструкции валов и методика выполнения эскизной компоновки приводятся в учебной литературе [1, п.5.1], [2, с.42].
3.5. Расчетная схема вала
На листе указанного преподавателем формата выполняется чертеж проектируемого вала в сборе с подшипниками и другими деталями. Разрабатывается расчетная схема, на которой детали изображены условно в соответствии с принятыми правилами. Показываются координатные оси для ориентации схемы; строятся эпюры изгибающих моментов (в горизонтальной и вертикальной плоскостях) и эпюра крутящего момента; схема нагружения подшипников вала. Разработка расчетной схемы позволяет:
- определить реакции в опорах;
- построить эпюры изгибающих и крутящих моментов и составить схему нагружения подшипников.
3.5.1. Определение реакций в опорах
Силы в зацеплении приложить посредине зуба на образующей делительной поверхности; силы давления со стороны ременной, цепной передач или полумуфты – к оси вала посредине длины соответствующей ступицы. Точку приложения реакций в опоре расположить на оси вала посредине ширины радиального подшипника, а для радиально-упорного подшипника – на пересечении оси с нормалью к дорожке качения на наружном кольце, точка может быть определена графически [1, п.5.2.1] или аналитически [2, с.101].
Необходимо записать исходные данные для расчетов:
а) силовые факторы: силы в зацеплении редукторной передачи – Ft, Fr, Fa; консольные силы в ременной передаче – Foп, открытой передаче зацеплением - Ftoп, Froп или муфте – Fм (см. рис. 3.1 – 3.3);
б) геометрические параметры: расстояния l1, l2, l3 между точками приложения сил; диаметры делительных окружностей шестерни, червяка или колеса – d1, d2.
Далее определяются реакции в опорах (в
вертикальной и горизонтальной плоскостях)
с использованием уравнений равновесия
плоской системы сил, определяются
суммарные радиальные реакции опор,
например,
,
где RAX и RAY - реакции в опоре подшипника А в горизонтальной и вертикальной плоскостях.