Проверка прочности шпоночных соединений. Применяются шпонки призматические со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78

Применяются шпонки призматические со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78.

Материал шпонок – сталь 40Х улучшенная.

Находим напряжение смятия и среза шпонок:

= 120 МПа

τ_ср = 2Т/dlb < [τ_cp] = 0,6[σ_cм] = 72 МПа

где h – высота шпонки;

t₁ – глубина паза;

l – длина шпонки;

b – ширина шпонки.

Быстроходный вал. Шпонка на входном конце вала 8×7×40

σ_см = 2·15,92·10³/24(7-4)(40-8) = 18,8 МПа

τ_ср = 2·15,92·10³/24·40·8 =4,1 МПа

Промежуточный вал. Шпонка под колесом 12×8×30

σ_см = 2·61,05·10³/40(8-5)(30-12) = 56,5 МПа

τ_ср = 2·61,05·10³/40·30·12 = 8,5 МПа

Тихоходный вал. Шпонка под колесом 16×10×37

σ_см = 2·162,48·10³/50(9-5,5)(30-14) = 116 МПа

τ_ср = 2·162,48·10³/50·30·14 = 15,5 МПа

Тихоходный вал. Шпонка на выходном конце вала 12×8×70

σ_см = 2·162,48·10³/40(8-5)(70-12) = 46,7 МПа

τ_ср = 2·162,48·10³/40·70·12 = 9,7 МПа.
10. Уточненный расчет валов

10.1. Быстроходный вал.

Рассмотрим сечение А-А, проходящее под опорой А. Концентрация напряжений обусловлена подшипником, посаженным с гарантированным натягом.

Материал вала сталь 40Х, закалённая: s_В = 930 МПа [4c.34]

Пределы выносливости материала вала:

- при изгибе s_-1 » 0,43×s_В = 0,43×930 = 400 МПа;

- при кручении t_-1 » 0,58×s_-1 = 0,58×400 = 232 МПа.

При d= 24мм, b= 8мм, t₁= 4мм

W_КНЕТТО = πd³/16 - bt₁(d- t₁)²/d = π·24³/16 - 8•4(24-4)²/2•24= 2,44·10³ мм³

W_НЕТТО = πd³/32 - bt₁(d- t₁)²/d = π·24³/32 - 8•4(24-4)²/2•24= 1,08·10³ мм³

Принимаем k_t= 1,9 [4табл.8.5], s_t= 0,83 [4табл.8.8] и y_t = 0,1 [4с.166]

ГОСТ16162-78 указывает на то, чтобы конструкция редукторов предусматривала возможность восприятия радиальной консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала. Величина этой нагрузки для двух ступеней зубчатых редукторов на быстроходном валу должна быть 2,5(Т_Б)^1/2 при

25·10³ мм< Т_Б <250·10³ Нмм

М= 2,5(15,92·10³)^1/2•(80/2)= 12,610³ Нмм

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений при кручении:

t_v = t_m = T₁/2W_КНЕТТО = 15,92·10³/2·2,44·10³ = 3,2 МПа.

Амплитуда нормальных напряжений:

σ_v = M/W_НЕТТО = 12,6·10³/1,08·10³ = 11,7 МПа.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/e_σ ) = 400/(1,9·11,7/0,83) = 15,5

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

s_t = t_-1/(k_tt_v/e_t + y_t t_m) = 232/(1,93,2/0,83 + 0,1·3,2) = 31,5

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения А-А

s = s_σs_t/(s_σ² + s_t²)^1/2 = 15,5·31,5/(15,5² +31,5²)^1/2 = 13,9 > [s] = 2 [2c162]

10.2. Промежуточный вал.

Материал вала сталь 40Х, закалённая: s_В = 930 МПа [4c.34]

Рассмотрим сечение В-В. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки.

Суммарный изгибающий момент:

= (54,52² + (-2,92)²)^1/2 = 55 Нмм

момент сопротивления сечения изгиба:

,

где t₁ и b – параметры шпоночного паза

W_НЕТТО = p×40³/32 – [12×5×35²]/2•40= 6,61×10³ мм³

Момент сопротивления кручению:

W_{К_НЕТТО} = p×40³/16 – [12×5×35²]/2•40= 12,3×10³ мм³

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

t_V = t_m = Т₂/2×W_{к нетто} = 62,05×10³/2×12,3×10³ = 2,5 МПа

Амплитуда нормальных напряжений:

s_V = М_И/W_нетто = 55×10³/6,1×10³ = 9 МПа

Коэффициенты:

k_s = 1,9 [1c. 165]; e_s = 0,70 [1с. 166];

k_t = 1,9; e_t = 0,70;

y_t = 0,1 [1с. 166].

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

= 400/(1,9×9/0,70) = 16

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

= 232/(1,9×2,5/0,70 + 0,1×2,5) = 33

Общий коэффициент запаса прочности:

= 16×33/(16² +33²)^1/2 = 14,4 > [s] = 2,0

10.3. Тихоходный вал.

Опасное сечение Д-Д проходит под колесом. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки.

Материал вала сталь 40Х, закалённая: s_В = 930 МПа.

Пределы выносливости:

- при изгибе s_-1 » 0,43×s_В = 0,43×930 = 400 МПа;

- при кручении t_-1 » 0,58×s_-1 = 0,58×400 = 232 МПа.

Суммарный изгибающий момент:

= (71,1² + 11,9²)^1/2 = 72 Н×м

Момент сопротивления изгибу:

= p×50³/32 – [14×5,5×(50-5,5)²]/(2×50)=10,7×10³ мм³

Момент сопротивления кручению:

= 23×10³ мм³

Амплитуда нормальных напряжений:

s_V = М_И / W_нетто = 72×10³/10,7×10³ =6,7 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

t_V = t_m = Т₃/ (2×W_{к нетто}) = 162,48×10³/2×23×10³ = 3,5 МПа

Коэффициенты:

k_s = 1,9 [1c. 165]; e_s = 0,70 [1с. 166];

k_t = 1,9; e_t = 0,70;

y_t = 0,1 [1с. 166].

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

= 400/(1,9×6,7/0,70) = 22

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

= 232/(1,9×3,5/0,70 + 0,1×3,5) = 23,6

Общий коэффициент запаса прочности:

= 22∙23,6/(22² + 23,6²)^1/2 = 15,9 > [s] = 2,0 [1c. 162]

Рассмотрим сечение Е-Е проходящее через опору F

Суммарный изгибающий момент:

М_и = 40,3 Н∙м.

Коэффициенты:

k_σ= 1,9 ε_σ = 0,73 [4c.166]

k_τ= 1,9 ε_τ = 0,73; y_t = 0,1.

Момент сопротивления изгибу:

= p×40³/32 – [12×5×(40-5)²]/(2×40)=5,4×10³ мм³

Момент сопротивления кручению:

= 11,7×10³ мм³

Амплитуда нормальных напряжений:

σ_v = M_и/W_НЕТТО =40,3∙10³/5,4∙10³ = 7,5 МПа; σ_m = 0

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

τ_v = τ_m = τ_max/2 = T₃/2W_p = 162,48∙10³/2∙11,7∙10³ = 6,9 МПа

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

s_σ = σ_-1/(k_σ/ε_σ)σ_v = 400/1,9∙7,5/0,73 = 20,4

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

s_τ = τ_-1/[(k_τ/ε_τ)τ_v + ψ_ττ_m] = 232/(1,9∙6,9/0,73+0,1∙6,9) = 12,4

Общий коэффициент запаса прочности:

s = s_σs_t/(s_σ² + s_t²)^0,5 = 20,4·12,4/(20,4² +12,4²)^1/2 = 10,5 > [s] = 2,0

11. Расчет и проверка муфт.

Для передачи вращающего момента с вала электродвигателя на ведущий вал редуктора выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую МУВП по ГОСТ 21424-75 с допускаемым передаваемым моментом [T] = 125 Н·м.

Расчетный вращающий момент передаваемый муфтой:

Т_р = kТ₁ = 1,5·15,92= 23,88 Н·м < [T]=125Н·м

Условие Т_р< [T] выполняется.

Выбор посадок.

Посадки назначаем согласно рекомендациям [1c.263]

Посадка зубчатых колес на вал Н7/р6;

Посадка полумуфт на вал Н7/n6;

Посадка внутренних колец подшипника на валы k6;

Посадка наружных колец подшипника в корпус Н7.

Смазка редуктора.

13.1. Смазка зубчатого зацепления осуществляется путем окунания зубчатых колес в масляную ванну.

Объем масляной ванны:

V = (0,5¸0,8)Р = (0,5¸ 0,8)4,83 » 4 л

Рекомендуемое значение вязкости масла:

- для быстроходной ступени при v = 4,776 м/с ® n =28·10^-6 м²/с

- для тихоходной ступени при v = 1,99 м/с ®n = 34·10^-6 м²/с

среднее значение n = 31·10^-6 м²/с

По этой величине выбираем масло индустриальное И-30А

13.2. Смазка подшипниковых узлов пластичная - смазочным материалом УТ-1.

Сборка редуктора.

Пред сборкой внутреннюю полость редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редук­тора, начиная с узлов валов.

На ведущий вал насаживают смазывающие колёса, манжеты, мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники предва­рительно нагретые в масле до 80 – 100 ºС и надевают закладную крышку подшипника с манжетным уплотнением.

В промежуточный вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в буртик вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают предварительно нагретые подшипники.

В тихоходный вал также закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в буртик вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца, манжету и устанавливают предварительно нагретые подшипники.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора, вставляют закладные крышки подшипников, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку и устанавливают крышку корпуса: центровка которой осуществляется с помощью двух конических штифтов; затягивают винты крепящие крышку к корпусу.

Затем устанавливают дополнительные оси для смазывающих колёс, на оси напрессовывают распорные втулки, на которые устанавливают смазочные колёса.

Далее вворачивают пробку маслоспускного отверстия, устанавливают маслоуказатель, заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

Список использованной литературы

1. Расчет и проектирование деталей машин: Учебное пособие для вузов. Под ред. Г.Б. Столбина и К.П. Жукова. – М.: Высш. шк., 1978. – 247 с.

2. Стандарт.

3. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Высш. шк., 1991.–432 с.

4. Курсовое проектировании деталей машин. /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.Б. Чернин и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

Содержание

Задание

1. Кинематический расчет……………………………………………………………………………………..с.3

2. Расчет быстроходной ступени………………………………………...............................с5

3. Расчет тихоходной ступени…………………………………………………………………………...с.10

4. Предварительный расчет валов…………………………………………………………………….с.15

5. Конструктивные размеры шестерни и колеса………………………………..….с.16

6. Конструктивные размеры корпуса редуктора…………………………………….с.17

7. Первый этап компоновки редуктора…………………………………………………………….с.18

8. Проверка долговечности подшипников………………………………………………………с.19

9. Проверка прочности шпоночных соединений……………………………….……….с.25

10. Уточненный расчет валов……………………………………….………………………………………...с.26

11. Расчет и проверка муфт……………………………………………………………….…………………...с.30

12. Выбор посадок………………………………………………………........................................................с.31

13. Смазка редуктора……………………………………………………..................................................с.32

14. Сборка редуктора……………………………………………………………………………………………………..с.33

Список использованной литературы………………………………………………………………………...с.34