3 Предварительный расчет быстроходного вала

3.1 Выбор материала валов

Валы изготавливают из углеродистой или легированной стали. В случае изготовления шестерни за одно целое с валом материал этого вала соответствует материалу шестерни.

Дальнейший расчет (см. ниже) покажет, что шестерня изготавливается за одно целое с валом, поэтому материал быстроходного вала соответствует материалу шестерни – сталь 40ХНМА. Для данной стали предел прочности Н/мм², предел текучести Н/мм² /1, стр. 16/.

3.2 Конструирование быстроходного вала

Диаметр выходного конца быстроходного вала:

,

где d_p – диаметр выходного конца соответствующего вала, мм;

T – крутящий момент на быстроходном валу, Н∙мм;

[τ] – допускаемое напряжение на кручение материала вала, Н/мм².

(Н/мм²).

Примем [τ]=24 (Н/мм²).

Тогда (мм).

Полученный диаметр вала округляем до ближайшего значения из стандартного ряда: d_p =30 мм.

Диаметр вала двигателя равен 48 мм. Определимся, подойдет ли рассчитанный диаметр вала для упругой муфты, соединяющей быстроходный вал редуктора с валом двигателя.

Для соединения выходных концов двигателя и быстроходного вала редуктора, установленных, как правило, на общей раме, применяются упругие втулочно-пальцевые муфты и муфты со звездочкой. Эти муфты обладают достаточными упругими свойствами и малым моментом инерции для уменьшения пусковых нагрузок на соединяемые валы.

По диаметру электродвигателя (48 мм), диаметру входного вала редуктора (d_вх = 30 мм) и моменту на входном валу (Т_вх = 106 Н∙м) выбираем подходящую упругую муфту МУВП по ГОСТ 21424-97 из (/3, с. 422/). Стандартная муфта с диаметрами 48 и 30 мм отсутствует, поэтому полумуфту для d=48 мм возьмем стандартную со следующими характеристиками: Т=710 Н∙м, частота вращения n не более 3000 об/мин, а полумуфту для d=30 мм выберем, взяв стандартную полумуфту d=30 мм для T=125 Н∙м и изменив в ней только посадочное место – диаметр отверстия и диаметр ступицы.

В спроектированной муфте обычно рассчитывают пальцы на смятие и изгиб, однако мы пальцы муфты оставляем стандартные для T=125 Н∙м, поэтому в расчете нет необходимости.

Диаметры остальных участков вала назначаем по конструктивным и технологическим соображениям с учетом удобства посадки на вал подшипников качения.

Согласно /3, стр. 112/ назначаем:

Диаметр вала под уплотнение и подшипник:

мм,

где t=2,2 мм – рекомендуемая высота буртика при диаметре ступени 30 мм.

Округляем d_П в большую сторону до числа, кратного 5: d_П=35 мм.

Проверяем, подходит ли диаметр для уплотнения, например, для манжеты. Согласно /2, стр. 474/ для диаметра 35 мм можно выбрать стандартную манжету.

Диаметр вала под шестерню (мм). Это диаметр буртика для осевой фиксации подшипника. Округляем до ближайшего стандартного значения по ряду Ra40 /3, стр. 326/ мм.

Длины ступеней (см. приложение В):

мм. Примем l₁=35 мм. В дальнейшем, при назначении упругой муфты, уточним длину данной ступени с учетом длины полумуфты и вида участка – цилиндрический или конический.

мм. Примем l₂=55 мм.

l₃ – назначают графически при проработке эскизной компоновке редуктора.

для шариковых подшипников. Предварительно назначаем радиальные шарикоподшипники средней серии /2, стр. 459/. При диаметре 35 мм выбираем подшипник 307 ГОСТ 8338-75. Для данного подшипника В=21 мм. Примем мм.

В приложении В приведен эскиз предварительно рассчитанного и сконструированного быстроходного вала с нанесенными размерами.

Определим, выполнять ли нам шестерню за одно целое с валом. Вал-шестерню применяют в тех случаях, когда расстояние S от впадины зуба до шпоночного паза оказывается мм. У нас рассчитан диаметр вала под шестерню мм. Тогда расстояние

мм,

где мм /2, стр. 476/ – глубина шпоночного паза в шестерне для диаметра 45 мм.

Итак, окончательно принимаем вал-шестерню.

Список использованных источников

1. Проектирование одноступенчатых цилиндрических редукторов. Методические указания/ Сост. В.В. Налетов, С.В. Белов, А.Б. Некрашевич. – Иваново, 2004. – 40 с., ил.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. – 8-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2004. – 496 с.: ил.

3. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. Изд-е 2-е, перераб. и дополн. — Калининград: Янтар. сказ, 2002. — 454 с.: ил., черт. — Б. ц.

Приложение Б

Эскиз зубчатого зацепления