Пример 1. Расчет шпоночного соединения вал-ступица выходного вала цилиндрического редуктора
1.1 Расчётная схема. Исходные данные
Расчетная схема шпоночного соединения представлена на рис. 6.1.
Исходные данные:
вращающий момент на выходном валу Т2 = 114,6 Н∙м;
диаметр участка вала для установки колеса dк = 47,5мм;
ширина зубчатого колеса в2 = 36 мм;
материал ступицы (колеса) – сталь 40Х.
1.2 Выбор и расчёт основных параметров шпонки
Для передачи вращающего момента Т2 = 114,6 Н∙м от зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку. Ширину в и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t1 и в ступице t2 выбираем стандартными в зависимости от диаметра вала dк по таблице 49 [Р. 10].
По таблице 49 [4] для dк = 47,5 мм находим: в = 14 мм, h = 9 мм, t1 = 5,5 мм, t2 = 3,8 мм, ℓ = в2 – (5…8) мм = 36 - (5…8) = (31…28) мм. Из ряда стандартных длин (таблица 49 [Р. 10]) выбираем ℓ = 30 мм. Расчетная длина шпонки ℓр = ℓ - в = 30 – 14 = 16 мм.
1.3 Проверочный расчёт шпоночного соединения на прочность
На смятие рабочих граней шпонки по условию
σсм = 
[σсм],
σсм = 
Н/мм2,
где [σсм ] = (110…190) Н/мм2 – для стальных ступиц.
Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как
σсм = 86,2 Н/мм2 < [σ]см = 110…190 Н/мм2 (по среднему значению);
на срез шпонки по условию
τср = 
[τср ],
τср = 
Н/мм2,
где [ τср ] = (40…70) Н/мм2 – для сталей при реверсивной нагрузке.
Условия прочности выполняются, так как
τср = 21,5 Н/мм2 < [ τср ] = (40…70) Н/мм2.
Пример 2.Расчет шпоночного соединения вал-ступица выходного вала конического редуктора
2.1 Расчётная схема. Исходные данные
Расчетная схема шпоночного соединения показана на рис. 6.1.
Исходные данные:
диаметр вала dК = 47,5 мм;
величина вращающегося момента Т2 = 95,5 Н∙м.
материал ступицы (колеса) – сталь марки 40X, термообработка колеса - улучшение твердость поверхности 269…302 НВ.
2.2. Выбор и расчёт основных параметров шпонки
Для передачи вращающегося момента Т2 = 95,5 Н∙мот зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку со скругленными торцами (рис. 6.2).
Ширину b и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t1 и в ступице t2 выбираем стандартными в зависимости от диаметра dK = 47,5 мм по таблице 49[4] : b=14 мм, h = 9 мм, t1 = 5,5 мм, t2 = 3,8 мм.
Обычно полная стандартная длина шпонки L на 5...10 мм меньше длины ступицы:
ℓ = ℓСТ – (5…10) мм = 57 – 7 = 50 мм.
Из ряда стандартных длин (таблица 49[Р. 10]) выбираем ℓ = 50 мм.
Расчетная длина шпонки ℓр = ℓ - b = 50-14 = 36 мм.
Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность:
на смятие рабочих граней шпонки по условию:
σСМ = 
,
σСМ = 
Н/мм2,
где допускаемые напряжения смятия для стальной ступицы принимаются [σСМ] = 110 ÷ 190 Н/мм2.
Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как
σСМ = 32 Н/мм2 < [σСМ] = 150 Н/мм2 (по среднему значению);
на срез шпонки по условию:
τСР = 
τСР = 
Н/мм2,
где [τ]СМ = (40…70) Н/мм2 - для сталей при реверсивной нагрузке.
Условие прочности на срез выполняются, так как
τСР = 8 Н/мм2 < [τСР] = (40…70) Н/мм2.
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 dк = 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 dк = 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
ℓр = ℓ - в = 63 – 25 = 38 мм.
3.3 Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность
На смятие рабочих граней шпонки по условию
σсм = 
[σсм],
σсм = 
Н/мм2,
где [σсм ] = (110…190) Н/мм2 – для стальных ступиц.
Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как
σсм = 117,5 Н/мм2 < [σ]см = 110…190 Н/мм2 (по среднему значению);
на срез шпонки по условию
τср = 
[τср ],
τср = 
Н/мм2,
где [ τср ] = (40…70) Н/мм2 – для сталей при реверсивной нагрузке.
Условия прочности выполняются, так как
τср = 23,5 Н/мм2 < [ τср ] = (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
Тр = К·Т,
где К – коэффициент режима работы. При переменной средней нагрузке К=1,5…2,0 (таблица 48 [Р.10]).
Условие выбора типоразмера муфты:
Тр ≤ [Т],
где [Т] – допускаемый для стандартных муфт вращающий момент (таблица 47 [Р.10].
Упругие элементы муфты проверяются на смятие:
σСМ = 
СМ,
где z - число пальцев;
Т – вращающий момент на валу, Н·м;
dп – диаметр пальца муфты, мм;
ℓВТ – длина упругого элемента, мм;
[σ]СМ = 2Н/мм2 – допускаемое напряжение смятия для резиновых втулок.