Пример 3. Расчет шпоночного соединения вал-ступица выходного вала червячного редуктора

3.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчетная схема шпоночного соединения представлена на рис. 6.1.

Исходные данные:

вращающий момент на выходном валу Т₂ = 954,2 Н∙м;

диаметр участка вала для установки колеса d_к = 85,5мм;

ширина зубчатого колеса в₂ = 71 мм;

материал ступицы (колеса) – сталь 45.

Для передачи вращающего момента Т₂ = 954,2 Н∙м от зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку со скругленными торцами (рис. 6.2).

По таблице 49[Р. 10] для d_к = 85,5 мм находим: в = 25 мм, h = 14 мм,

t₁ = 9 мм, t₂ = 5,4 мм, ℓ = в₂ – (5…8)мм = 71 - (5…8) = (66…63) мм.

Из ряда стандартных длин (таблица 49 [Р.10] принимаем ℓ = 63 мм. Расчётная длина шпонки

ℓ_р = ℓ - в = 63 – 25 = 38 мм.

3.3 Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность

На смятие рабочих граней шпонки по условию

σ_см = [σ_см],

σ_см = Н/мм²,

где [σ_см ] = (110…190) Н/мм² – для стальных ступиц.

Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как

σ_см = 117,5 Н/мм² < [σ]_см = 110…190 Н/мм² (по среднему значению);

на срез шпонки по условию

τ_ср = [τ_ср ],

τ_ср = Н/мм²,

где [ τ_ср ] = (40…70) Н/мм² – для сталей при реверсивной нагрузке.

Условия прочности выполняются, так как

τ_ср = 23,5 Н/мм² < [ τ_ср ] = (40…70) Н/мм².

7 ВЫБОР МУФТЫ ВХОДНОГО ВАЛА

Муфты выбираются стандартными в зависимости от передаваемого расчетного вращающего момента, диаметра вала и частоты его вращения.

Для проектируемых электромеханических приводов выберем муфту для соединения вала электродвигателя с цилиндрическим концевым участком входного вала редуктора. Соединения полумуфт с валами: шпоночное с фиксацией винтами.

Исходя из условий работы и области применения ЭМП, выбираемая муфта должна обеспечивать компенсацию условных несоосностей соединяемых валов, их линейных перемещений, компенсировать ударные нагрузки. Для таких условий работы наиболее широкое распространение получили муфты компенсирующие упругие втулочно-пальцевые (МУВП) (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Муфта компенсирующая упругая втулочно-пальцевая

Исходными данными для выбора муфт являются:

Т₁ – вращающий момент на входном валу, Н·м;

ω₁ – угловая скорость входного вала, с^-1;

n₁ – частота вращения входного вала, об/мин.;

d – диаметр концевого участка вала, мм.

Расчетный вращающий момент

Т_р = К·Т,

где К – коэффициент режима работы. При переменной средней нагрузке К=1,5…2,0 (таблица 48 [Р.10]).

Условие выбора типоразмера муфты:

Т_р ≤ [Т],

где [Т] – допускаемый для стандартных муфт вращающий момент (таблица 47 [Р.10].

Упругие элементы муфты проверяются на смятие:

σ_СМ = _СМ,

где z - число пальцев;

Т – вращающий момент на валу, Н·м;

d_п – диаметр пальца муфты, мм;

ℓ_ВТ – длина упругого элемента, мм;

[σ]_СМ = 2Н/мм² – допускаемое напряжение смятия для резиновых втулок.

Примеры выбора и расчета муфты для соединения вала электродвигателя с цилиндрическим концевым участком входного вала редуктора