Проектирование одноступенчатого цилиндрического косозубого редуктора для привода к шнеку-смесителю

  в) Переход вала от диаметра d=35 мм к  присоединенному концу d=32 мм выполняем  на расстоянии 3.. 5 мм от торца крышки подшипника так, чтобы ступица полумуфты не касалась их.

  Длина присоединительного конца вала d=32 мм определяется длиной ступицы полумуфты.

  Аналогично  конструируем узел ведомого вала:

  а) для фиксации зубчатого колеса в  осевом направлении предусматриваем уплотнение вала с одной стороны и устанавливаем распорную втулку, с другой стороны, место переход вала от d=45 мм к d=50 мм смещаем внутрь ступицы колеса на 2-3мм с тем, чтобы гарантировать прижатие втулки к торцу ступицы а не к заплечнику вала;

  б) отложив от середины редуктора расстояние l₂, проводим осевые линии и вычерчиваем подшипники;

  в) вычерчиваем врезные крышки подшипников  с регулировочными кольцами.

  На  ведущем и ведомом валах применяем  шпонки призматические со скруглёнными торцами по ГОСТ 23360 – 78. Вычерчиваем шпонки, принимая длины на 5-10 мм меньше длины ступиц.

  10. ПОДБОР МУФТЫ

   Для соединения входного вала редуктора  с валом электродвигателя выбираем муфту упругую со звёздочкой . Муфта состоит из двух полумуфт специальной формы между которыми устанавливается резиновая звездочка.

  Материал  полумуфт – чугун – СЧ 20 , звездочки  – специальная резина.

  Вследствие  небольшой толщины резиновой звездочки муфта обладает малой податливостью, компенсирующая незначительные смещения валов.

  Радиальное  и угловое смещение валов снижают  долговечность резиновой звездочки, нагружая валы дополнительной изгибающей силой.

  Муфту подбираем по ГОСТ 14084 – 76 (1), табл. 11.5 по диаметру вала в месте посадки d_дв=32 мм и d_в1=32 мм Принимаем муфту с максимально передаваемым моментом [T]=125 H∙м

  Проверяем выбранную муфту по расчётному моменту:

  

  Где Т – номинальный момент на валу

  К – коэффициент перегрузки, зависящий  от типа машины и режима её работы; К=1,5

  Принимаем исполнение полумуфт на короткие цилиндрические концы валов: Длина полумуфт l=58 мм

  Обозначение муфты

  Муфта упругая со звёздочкой 125−32−2−У3 ГОСТ 14084-76 

  11. ПОДБОР ШПОНОК  И ПРОВЕРОЧНЫЙ  РАСЧЁТ ШПОНОЧНЫХ  СОЕДИНЕНИЙ

  Выбираем  шпонки для соединения выходного  конца ведущего вала со шкивом, для  соединения ведомого вала с зубчатым колесом. Ступица шкива ременной передачи – чугунная. Выбираем шпонки призматические со скруглёнными торцами. Размеры сечений шпонок, пазов и длины и длины шпонок – по ГОСТ 23360-78 (1), табл. 8.9

  Материал  шпонок – сталь 45 нормализованная.

  Напряжения  смятия и условие прочности по формуле:

  

  Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице  =100-120МПа, при чугунной - =50-70 МПа

  Ведущий вал

  Момент  на ведущем валу редуктора Т₂=34 Н∙м

  d_В1=32 мм

  bхh=10х8  мм

  t₁=5,0 мм

  длина шпонкиl=50 мм (при длине ступицы полумуфты l_ст=58 мм)

   Материал полумуфты чугун СЧ20.

  Ведомый вал

  Момент  на ведомом валу редуктора Т₂=163,3 Нм.

  Проверяем шпонку под зубчатым колесом:

  d_к2=50 мм.

  bхh=14х9  мм.

  t₁=5,5 мм.

  Длина шпонки l=50 мм (при длине ступицы  колеса l_ст=60 мм).

  

  Материал  колеса Сталь 40Х.

  Проверяем шпонку под полумуфтой

  d_В2=40 мм

  bхh=12х8  мм

  t₁=5,0 мм

  l=50 мм (принимаем длину ступицы звездочки  60 мм)

  

  Материал  звездочки – легированная сталь.

  Прочность шпоночных соединений соблюдается.

  12. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ  НА СОПРОТИВЛЕНИЕ  УСТАЛОСТИ ВАЛОВ  РЕДУКТОРА

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

  Уточнённый  расчёт состоит в определении  коэффициентов запаса прочности S для  опасных сечений и сравнения  их с допускаемыми значениями [Ѕ].

  Ведущий вал

  Материал  вала сталь 40Х. твёрдость не менее 280 НВ. Пределы выносливости по табл. 3.16[3] σ_В=900 МПа.

  σ_-1=410 МПа,τ_-1=240 Мпа.

  Проверяем сечение под подшипником ‹ 2 ›.

  По  построенным эпюрам определяем суммарный  изгибающий момент

  М₁ =30,2 Нּм;

  Крутящий момент в сечении вала Т₁=34 Нм.

  Осевой  момент сопротивления сечения :

  

  Полярный  момент

  

  Амплитуда нормальных напряжений, изменяющаяся по симметричному циклу:

  

  Амплитуда касательных напряжений, изменяющаяся по нулевому циклу:

  

  концентрация  обусловлена посадкой внутреннего  кольца подшипника на валу с натягом. При этом

   ;

  находим отношение К_σ/К_d и К_τ/К_d для вала в местах напресовки деталей по табл. 11.2 (2), при d_п2=35 мм и σ_В=900МПа путём линейной интерполяции

  К_σ/К_d =3,85 К_τ/К_d=2,65

  Коэффициент влияния шероховатости поверхности  по табл. 11.4 (2) К_f=1,5

  Тогда

  К_σД=3,85+1,5-1=4,35

  К_τД=2,65+1,5-1=3,15

  Определяем  коэффициент запаса прочности (сопротивления  усталости) по нормальным и касательным напряжением:

  S_σ=σ_-1/ К_σД•σ_а=410/4,35•7,1=13,3

  S_τ =τ_-1/ К_τД•τ_а=240/3,15•2,0=38,1

  Результирующий  коэффициент запаса прочности для  сечения вала под колесом:

  S=S_σ•S_τ/

  Прочность обеспечивается.

  Значительное  превышение обусловлено тем, что  диаметр вала был значительно  увеличен.

  Сечение под шестерней:

  По  построенным эпюрам определяем суммарный  изгибающий момент;

  

  Осевой  момент сопротивления сечения с  учётом зубьев шестерни:

  d_а=40,33 мм d_f=33,73 мм;

   5076 мм³ 

  Полярный  момент

  

  Амплитуда нормальных напряжений, изменяющаяся по симметричному циклу:

  

  Амплитуда касательных напряжений, изменяющаяся по нулевому циклу:

  

  Концентрация  напряжений обусловлена наличием зубьев шестерни.

  Коэффициент снижения пределов выносливости определяем по формулам:

   ;

  Для эвольвентных зубьев находим значение эффективных коэффициентов концентрации по табл. 11.2 (2).

  Для стали при σ_В= 900 МПа по табл. 11.2 (2) находим: К_σ=1,7; К_τ=1,55

  Коэффициент влияния шероховатости поверхности  по табл. 11.4 (2) К_f=1,5

  Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного  сечения по табл. 11.3 (2) при d₃=37,33 мм для легированной стали: К_dσ=0,86 и К_τd=0,74

  Коэффициент влияния поверхностного упрочнения по табл. 11.5 (2); К_у=1,65

  Тогда К_σ=(1,7/0,86+1,5−1)/1,65=1,5

  К_τ=(1,55/0,74+1,5−1)/1,65=1,57

  Определяем  коэффициент запаса прочности (сопротивления  усталости) по нормальным и касательным  напряжением:

  S_σ= σ₁/ К_σσ_а=410/1,5•13,4=20,4

  S_τ=τ_-1/ К_τД•τ_а=240/1,57•2,2=69,5

  Результирующий  коэффициент запаса прочности для  сечения вала под шестерней:

  S=S_σ•S_τ/

  Значительное  превышение обусловлено диаметром  шестерни

  Ведомый вал

  Материал  вала принимаем по табл. 3.16 [3] сталь 45. Диаметр заготовки неограничен; твёрдость не менее 200 НВ. Пределы  выносливости σ_-1=250МПа,

  τ_-1=150Мпа

  Сечение под зубчатым колесом.

  Определяем  суммарный изгибающий момент.

  

  Крутящий  момент в сечении вала Т₂=163,3 Нм

  Осевой  момент сопротивления сечения с  учётом шпоночного паза:

  d=50 мм, b=14 мм, t=5,5 мм 

  

  Полярный  момент

  

  Амплитуда нормальных напряжений, изменяющаяся по симметричному циклу:

  

  Амплитуда касательных напряжений, изменяющаяся по нулевому циклу:

  

  Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза и установкой колеса на валу с натягом. При наличии на валу двух концентратов напряжения находим коэффициент снижения пределов выносливости для каждого концентратора в отдельности и за расчётные принимаем коэффициенты, которые имеют большее значение снижения пределов выносливости.

  Коэффициент снижения пределов выносливости определяем по формулам:

  

  (без  поверхностного упрочнения вала (Кv=1)

  Для шпоночного паза находим значение эффективных  коэффициентов концентрации по табл. 11.3(2).

  Для стали при σ_В=560МПа по табл. 11.3(2) находим линейной интерполяцией: Кσ=1,69; Кτ=1,46

  Коэффициент влияния шероховатости поверхности  по табл. 11.4 (2)К_f=1,05

  Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного  сечения по табл. 11.3 (2) при d_к2=50 мм

  К_dσ=0,81 К_τd=0,70

  Тогда К_σД=1,69/0,81+1,05-1=2,14

  К_τД=1,46/0,70+1,05-1=2,14

  От  установки колеса на валу с натягом, коэффициент снижения пределов выносливости в местах напрессовки колеса на вал  находим по отклонению

  К_σ/К_d и К_τ/К_d по табл. 3.17(3), при d_к2=50мм и σ_В=560МПа путём линейной интерполяции принимаем: К_σ/К_d =3,45 К_τ/К_d=2,55

  Тогда К_σД=3,45+1,05-1=3,5