Проверка прочности шпоночных соединений

Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры поперечного сечения и длина шпонок, а также размеры шпоночных пазов выбираются по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок – сталь Ст 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности (формула (8.22) [1])

.

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице [s_см]=100÷120 МПа, при чугунной [s_см]=60÷70 МПа.

Ведущий вал.

Шпонка 1 под муфтой – d=28 мм, b×h=8×7, t₁=4, длина шпонки l=50 мм (при длине ступицы полумуфты МУВП 60 мм, табл. 11.1 [1]), момент на ведущем валу 49,2 Н^.мм

МПа <[s_см]=100÷120 МПа.

Шпонка2 под шестерней – d=20 мм, b×h=6×6, t₁=3,5, длина шпонки l=28 мм (при длине ступицы шестерни 38 мм)

МПа <[s_см]

Ведомый вал: материал полумуфт МУВП – сталь 40Х, материал колеса – сталь 40Х улучшенная; крутящий момент Т₂=147,6 Н^.мм;

шпонка 1 – под зубчатым колесом:

d=35 мм, b×h=10×8, t₁=5, l=40 мм (при длине ступицы колеса 50 мм),

МПа <[у_см]=100÷120 МПа;

шпонка 2 – на выходном конце:

d=28 мм, b×h=8×7, t₁=4, длина шпонки l=50 мм.

МПа <[у_см]=100÷120 МПа.

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

Считаем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения – по отнулевому (пульсирующему).

Материал валов – сталь 45 нормализованная; s_в = 570 МПа (см. табл. 3.3 [1]). Пределы выносливости s_–1 = 0,43×570 = 246 МПа и t_–1 = 0,58×246 = 142 МПа.

Ведущий вал. Рассмотрим два сечения: а) под подшипником;

б) на выходном конце вала по шпоночной канавке.

а) Концентрация напряжений вызвана напрессовкой внутреннего кольца подшипника на вал.

Изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях:

M_y=R_x2^.c₁=865^.100=86,5 Н^.м;

М_х=R_y2^.c₁=247^.100=24,7 Н^.м.

Суммарный изгибающий момент

Н×м.

Момент сопротивления сечения

мм³.

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

МПа.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

,

где отношение (см. табл. 8.7 [1]).

Полярный момент сопротивления

мм³.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений (формула (8.20) [1])

МПа.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям (формула (8.19) [1])

,

где (см. табл. 8.7 [1]); коэффициент

y_t = 0,1 – для данной стали.

Коэффициент запаса прочности (формула (8.17) [1])

>[S],

б)Концентрация напряжения вызвана наличием шпоночной канавки.

;

.

d=28 мм, b=8 мм, t₁=4 мм.

Момент сопротивления кручению:

W_{к нетто} мм³.

Касательные напряжения

МПа.

k_t=1,48, x_t=0,8, (см. табл. 8.5, 8.8 [1]), y_t=0,1.

S_t=142/((1,48/0,8)^.8,83+0,1^.8,83)=8,24.

Произведем расчет прочности по нормальным напряжениям. ГОСТ 16162-78 указывает на то, чтобы конструкция редукторов предусматривала возможность восприятия радиальной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала. Величина этой нагрузки для одноступенчатых зубчатых редукторов на быстроходном валу должна быть при 25×10³ Н×мм < Т_Б<250×10³ Н×мм.

Приняв у ведущего вала длину посадочной части под муфту равной длине полумуфты l=80 мм (муфта УВП для валов диаметром 28 мм), получим момент в сечении от консольной нагрузки , где l – длина полумуфты:

Н^.м

Момент сопротивления изгибу:

;

МПа;

.

k_s=1,58, x_s=0,8, y_s =0,1 (см. табл. 8.5, 8.8 [1]), среднее напряжение s_m=0.

> [S].

Ведомый вал. Будем рассматривать сечение под зубчатым колесом.

Диаметр вала в сечении d_к = 35 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки (см. табл. 8.5 [1]): k_s = 1,59 и k_t = 1,49; масштабные факторы e_s = 0,865; e_t = 0,75 (см. табл. 8,8 [1]); коэффициенты y_s » 0,15 и y_t » 0,1 (см. с. 163 и 166).

Крутящий момент Т₂ = 147,6×10³ Н×мм.

Суммарный изгибающий момент

Н×м.

Момент сопротивления изгибу

мм³.

Амплитуда нормальных напряжений

МПа.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

.

Момент сопротивления кручению

мм³.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

МПа.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

,

где отношение (см. табл. 8.7 [1]); коэффициент y_t = 0,1.

Коэффициент запаса прочности

> [s].

ВЫЧЕРЧИВАНИЕ РЕДУКТОРА

Редуктор вычерчивают в двух проекциях в масштабе 1:1 с основной надписью.

Подшипники ведущего вала смонтированы в общем стакане.

Подшипниковый узел ведущего вала уплотнен с одной стороны мазеудерживающим кольцом, а с другой – манжетным уплотнителем.

Для осмотра зацепления и заливки масла служит окно в верхней части корпуса редуктора. Окно закрыто крышкой; для уплотнения под крышку окна помещают прокладку их технического картона.

Маслоспускное отверстие закрывают пробкой и уплотняют прокладкой из маслостойкой резины.

Уровень масла проверяют жезловым маслоуказателем.

Относительное расположение корпуса и крышки редуктора фиксируется двумя коническими штифтами.

Редуктор крепят к фундаменту четырьмя болтами с резьбой М20.

ВЫБОР СОРТА МАСЛА

Для смазывания зубчатого зацепления применяют брызговики, забрасывающие масло на шестерню и колесо. При смазывании данного редуктора объем масляной ванны примем из расчета 0,25 л на 1 кВт передаваемой мощности V=0,25^.7,5=1,875 дм³. По табл. 10.8 [1] устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях s_н = 400,1 МПа и средней скорости u = 5,2 м/с вязкость масла должна быть приблизительно равна 28×10^-6 м²/с. По табл. 10.10 [1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75).

Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом, закладываемым в подшипниковые камеры при монтаже. Сорт мази выбираем по табл. 9.14 [1] – солидол марки УС-2. Для продолжительной работы редуктора смазку необходимо менять каждые полгода.

СБОРКА РЕДУКТОРА

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов: на ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и роликовые конические подшипники, предварительно нагретые до 80÷100^оС. Сборка производится так же, как и для цилиндрической передачи.

Для нормальной работы подшипников необходимо создание в подшипниках натяга оптимальной величины, для чего применяют наборы тонких металлических прокладок, установленных под фланцы крышек подшипников. Необходимая толщина набора прокладок может быть составлена из тонких металлических колец толщиной 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 мм. Вращение подвижных элементов подшипников должно происходить легко и свободно, однако в подшипниках не должно быть больших зазоров. Регулирование осевого положения конической шестерни осуществляется с помощью набора металлических прокладок, которые устанавливаются под фланцы стакана.

Регулирование положения конического колеса осуществляется с помощью набора металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы выступов крышек.

В валы закладывают шпонки напрессовывают их в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпусе с помощью двух конических штифтов, затягивают болты, крепящие крышку к корпусу. Ставят крышки подшипников.

Проверяют проворачивание валов, отсутствие заклинивания подшипников и закрепляют крышки винтами. Ввертывают пробку маслоспускового отверстия и жезловый маслоуказатель. Заливают в корпус масло.

Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде по программе, установленной техническими условиями.

ДОПУСКИ И ПОСАДКИ

Таблица 3

Вид соединения и условное обозначение	Условное обозначение полей допусков отверстий и вала	Отклонение	Предельные размеры	Натяг (мкм)	Зазор (мкм)
верхн. Es es	нижн. EI ei	наиб.	наим.	наиб.	наим.	наиб.	наим.
Подшипник –вал Ø30 к6/L0	отв. Ø30 L0 вал Ø30 к6	+15	-10 +2	30,000 30,015	29,990 30,002			–	–
Подшипник –вал Ø30 к6/L0	отв. Ø30 L0 вал Ø30 к6	+15	-10 +2	30,000 30,016	29,990 30,002			–	–
Шестерня -вал Ø20	отв. Ø20 Н7 вал Ø20 к6	+21 +15	+0,2	20,021 20,015	20,000 20,002		–		–
Колесо - вал Ø35	отв. Ø35 H7 вал Ø35 l0	+25 +42	+26	35,025 35,042	35,000 35,026			–	–
Стакан -подшипник Ø62	отв. Ø62 Н7 вал Ø62 l0	+30	-15	62,030 62,000	62,000 61,985	–	–
Стакан -подшипник Ø62	отв. Ø62 Н7 вал Ø62 l0	+30	-15	62,030 62,000	62,000 61,985	–	–
Муфта-вал Ø28 Н7/к6	Отв. Ø28 Н7 Вал Ø28 к6	+21 +15	+2	28,021 28,015	28,000 28,002		–		–
Втулка – вал Ø30 Н7/к6	Отв. Ø30 Н7 Вал Ø30 к6	+21 +15	+0,2	20,021 30,015	20,000 30,002		–		–
Шпонка -вал 8	отв. 8 Р9 вал 8 h9	-18	-61 -43	7,982 8,000	7,939 7,957		–		–
Шпонка-шестерня 6	Отв. 6 Р9 вал 6 h9	-18	-61 -43	5,982 6,000	5,939 5,957		–		–
Шпонка- ведомый вал 8	Отв. 8 Р9 вал 8 h9	-18	-61 -43	7,982 8,000	7,939 7,957		–
Шпонка- колесо 10	Отв. 10 Js9 вал 10 h9	+18	-18 -36	10,018 10,000	9,982 9,968		–		–
Подшипник- корпус Ø62 Н7/l0	Отв. Ø62 Н7 вал Ø62 l0	+30	-15	62,030 62,000	62,000 61,985	–	–

Таблица 4

Позиция	Наименование	Кол.	Примечания
ДОКУМЕНТАЦИЯ
	ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ДЕТАЛИ
	ВАЛ ВЕДУЩИЙ		СТАЛЬ 45
	КОЛЬЦО УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ		ВОЙЛОК
	КРЫШКА ПОДШИПНИКА СКВОЗНАЯ		СЧ-45
	ПРОКЛАДКА РЕГУЛИРОВОЧНАЯ КОМПЛЕКТ		СТАЛЬ 10
	КОЛЬЦО МАЗЕУДЕРЖИВАЮЩЕЕ		СТАЛЬ СТ 3
	СТАКАН		СЧ-15
	ВТУЛКА РАСПОРНАЯ		СТАЛЬ СТ30Х
	ШЕСТЕРНЯ		СТАЛЬ 40Х
	ПРОКЛАДКА РЕГУЛИРОВОЧНАЯ КОМПЛЕКТ		СТАЛЬ 10
	ВАЛ ВЕДОМЫЙ		СТАЛЬ 45
	КОЛЕСО ЗУБЧАТОЕ КОНИЧЕСКОЕ		СТАЛЬ 40Х
	КОЛЬЦО МАЗЕУДЕРЖИВАЮЩЕЕ		СТАЛЬ СТ 3
	КРЫШКА ПОДШИПНИКА СКВОЗНАЯ		СЧ-15
	КРЫШКА ПОДШИПНИКА ГЛУХАЯ		СЧ-15
	КОРПУС РЕДУКТОРА		СЧ-15
	КРЫШКА КОРПУСА		СЧ-15
	МАСЛОУКАЗАТЕЛЬ ЖЕЗЛОВЫЙ		СТАЛЬ СТ 3
	КРЫШКА СМОТРОВОГО ОКНА		СЧ-15
	ПРОКЛАДКА		КАРТОН ТЕХНИЧЕСКИЙ
	ПРОБКА		СТАЛЬ СТ 3
	ПРОКЛАДКА		РЕЗИНА МАСЛОСТОЙКАЯ
СТАНДАРТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
	БОЛТ М6×20.58 ГОСТ 7798-70
	БОЛТ М6×30.58 ГОСТ 7798-70
	БОЛТ М12×30.58 ГОСТ 7798-70

Окончание табл. 4

Позиция	Наименование	Кол.	Примечания
	БОЛТ М12×40.58 ГОСТ 7798-70
	БОЛТ М16×100.58 ГОСТ 7798-70
	ГАЙКА М12.6 ГОСТ 5915-80
	ГАЙКА М16.6 ГОСТ 5915-80
	ВИНТ М4×6 ГОСТ 7798-70
	ШАЙБА ПРУЖИННАЯ 12 ГОСТ 6402-70
	ШАЙБА ПРУЖИННАЯ 16 ГОСТ 6402-70
	ГАЙКА М25×1.5, 6Н.35Х. 019 ГОСТ 7798-70
	ШПОНКА 10×8×40 ГОСТ 23360-78
	ШАЙБА СТОПОРНАЯ 25.01.05
	ШПОНКА 8×7×30 ГОСТ 23360-78
	ШПОНКА 8×7×50 ГОСТ 23360-78
	ПОДШИПНИК 46206 ГОСТ 831-75

КП-2068191-ТПМ-П3-00

РЕДУКТОР КОНИЧЕСКИЙ ПРЯМОЗУБЫЙ ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ

ПРИМЕР 2