Конструирование валов и колес редуктора

При конструировании следует исходить из того, что диаметры валов в местах крепления подшипников заданы диаметрами отверстий внутренних колец подшипников. Все остальные диаметры валов конструктивно вытекают из этих диаметров. Диаметр вала , в который упирается внутренне кольцо подшипника, определяется по табл.15. Этот диаметр назначен таким образом, чтобы на внутреннем кольце подшипника оставалось место для захвата кольца съемником или для упора втулки, удерживающей зубчатое колесо в осевом направлении. Выходные концы валов и шпонки к ним принимают по табл.17 и 18. Для быстроходного вала принимают исполнение 1 с учетом конструирования полумуфты для соединения с валом электродвигателя. Для тихоходного вала исполнение 1 или 2 назначают по результатам расчета шпоночного соединения (табл.20).

Шестерни рекомендуется изготавливать заодно с валом (вал-шестерня).

Конструкция зубчатых колес возможна двух вариантов: сплошных и облегченных.

С точки зрения бесшумности работы и технологичности изготовления сплошные колеса предпочтительнее. Для повышения жесткости и прочности крепления на валу такие колеса целесообразно крепить на валу без шпонок по посадке с натягом по H7/r6; H7/s7 или H7/u7. Такие колеса удобнее и в том отношении, что не требуют осевой фиксации в виде распорных втулок, стопорных колец, резьбы и др. Для облегченных колес выбирают посадку на валу по табл.19, шпоночный паз по табл.18, а длина ступицы назначается по длине шпонки, определенной в соответствии с табл. 20. Облегченные колеса целесообразно выбирать при серийном производстве.

Таблица 17

Концы валов цилиндрические, мм (ГОСТ 120-80-66)

	исполнение*				исполнение
		- - - -	0,4 0,4 0,6 0,6 0,4 0,4 1,0 1,0 1,0 1,0 1,6 1,6	0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 1,0 1,0				1,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0	1,0 1,0 1,6 1,6 1,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5
Примечание: * концы валов изготовляются двух исполнений:1 - длинные, 2- короткие

 

После окончательного определения всех размеров валов и шпонок необходимо выполнить следующие уточненные расчеты:

1. Проверочные расчеты валов в опасных сечениях (по указанию преподавателя). Обычно это сечения, имеющие наименьший диаметр,
нагруженные изгибающим и вращающим моментами и имеющие концентраторы напряжений. Расчет приведен в табл.22.

2. Расчет посадки с натягом. Расчет приведен в табл.29.

Таблица 18

Размеры шпоночных соединений, мм (СТ СЭВ 189-75)

	Диаметр вала	Размеры шпонки	Глубина паза
		ширина	толщина	длина*	вал	втулка
	9,10 11,12 14,16 18,20,22 24,25,28,30 32,(35),36,38 40,42 45,48,50 (52),55,(56) 60,63,65 70,(71),75			10-40   14-50 18-56 22-80 28-110 36-100 45-110 50-140 56-140	1,8 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 5,0 5,5 6,0 7,0 7,5	1,3 1,6 2,2 2,8 3,3 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4 4,9
Примечание. * Длину выбирают в указанных числах из ряда: 10, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180.

 

Таблица 19

Посадки основных сборок редуктора

Соединение	Посадка по СТ СЭВ 144-75	Условия сборки
Зубчатые колеса на валах при тяжелых ударных нагрузках	H6/r6 (80<Æ<120)	Под прессом
Зубчатые колеса при средних и легких нагрузках, компенсирующие муфты	H7/r6 (Æ<1620) H7/p6 (80<Æ<120)	Под прессом
Стаканы под подшипники качения в корпусе, распорные втулки	H7/h6	От руки втугую
Внутренние кольца шарикоподшипников на валах	отклонение валаk6	То же
Наружные кольца шарикоподшипников в корпусе	отклонение отверстия H7	То же
Крепление колес на валах без шпонок	H7/r6; H7/s7; H7/u8	С нагревом

Таблица 20

Расчет шпоночного соединения

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Формула, источник, обоснование
Допускаемое напряжение смятия		Н/мм ^2	Табл.11
Расчетная высота шпонки	K	мм
Вращающий момент	T	Нм	–––
Диаметр вала	d	мм	–––
Расчетная длина шпонки	l Р	мм
Полная длина шпонки	l	мм

 

Таблица 21

Допускаемые напряжения смятия

Материал втулки	Характер нагрузки
	спокойная	слабые толчки	ударная
СТАЛЬ
ЧУГУН

 

Таблица 22

Проверочный расчет вала

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Формула, источник
Диаметр вала в рассчитываемом сечении	d	мм	–––
Момент изгибающий	М		По расчетной схеме рис.8 и 9
Крутящий момент	Т		–––
Напряжение изгиба
Материал вала и его механические характеристики	Ст… s в s-1 t-1		Таблица 2
Окончание табл. 22
Напряжение от кручения		Н/мм ^2
Эффективный коэффициент концентрации напряжений: при изгибе при кручении			Таблица 23, 24
Коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности			Таблица 25
Коэффициент дополнительного упрочнения поверхности			Таблица 26
Коэффициент влияния асимметрии цикла на прочность детали			Таблица 28
Масштабный коэффициент			Таблица 27
Запас прочности по усталостному разрушению при изгибе
То же при кручении			Sτ =2 τ -1 / (τ кр{ Kτ/Ky + ψτ })
Эквивалентный запас прочности
Допускаемый запас прочности

 

Таблица 23

Эффективные коэффициенты и в ступенчатом переходе с галтелью

Напряженное состояние	Н/мм ^2	При отношении
0,01	0,02	0,03	0,05	0,1	0,01	0,02	0,03	0,05
		При отношении	При отношении
Изгиб		1,35 1,40 1,45 1,50	1,45 1,50 1,55 1,60	1,65 1,70 1,80 1,90	1,60 1,70 1,80 1,90	1,45 1,55 1,65 1,80	1,55 1,60 1,65 1,70	1,80 1,90 2,00 2,15	1,80 1,95 2,05 2,25	1,75 1,80 2,00 2,20
Окончание табл. 23
		При отношении	При отношении
Изгиб		1,90 2,00 2,10 2,20	1,95 2,10 2,20 2,40	1,95 2,10 2,25 2,45			2,10 2,25 2,35 2,50	2,15 2,30 2,45 2,65
		При отношении	При отношении
Кручение		1,30 1,30	1,35 1,40	1,45 1,50	1,45 1,55	1,40 1,50	1,40 1,45	1,60 1,70	1,60 1,70	1,60 1,75
		При отношении	При отношении
Кручение		1,55 1,60 1,65 1,75	1,60 1,70 1,75 1,85	1,65 1,70 1,75 1,90			2,20 2,30 2,40 2,60	2,10 2,15 2,25 2,4

 

Таблица 24

Эффективные коэффициенты концентрации для валов при изгибе и кручении в месте шпоночной канавки

, Н/мм ^2	Коэффициенты концентрации
1000	1,60 1,75 1,90 2,00 2,30	1,40 1,50 1,70 1,90 2,20

Таблица 25

Значение коэффициентов , учитывающих состояние поверхности

, Н/мм ^2	Шлифование	Обработка чистовая	Обдирка	Необработанная поверхность
1200	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	1,04 1,05 1,10 1,15 1,25	1,16 1,18 1,25 1,35 1,54	1,30 1,40 1,50 1,70 2,20

Таблица 26

Коэффициент поверхностного упрочнения K_y

Вид поверхности обработки	, Н/мм ^2	Гладкие валы	Валы с малой концентрацией напряжений	Валы с большой концентрацией напряжений
Закалка с нагревом ТВЧ Азотирование Цементация     Дробеструйный наклеп Накатка роликом	600-800 800-1000 900-1200 400-600 700-800 1000-1200 600-1500 -	1,50...1,70 1,30...1,50 1,10...1,25 1,80...2,00 1,40...1,50 1,20...1,30 1,10...1,25 1,20...1,30	1,60...1,70 - 1,50...1,70 3,00 . 2,00 1,50...1,60 1,50...1,60	2,40...2,80 - 1,70...2,10 - - - 1,70...2,10 1,80...2,00

Примечание. Поверхностное упрочнение назначают при недостаточной прочности вала по результатам расчета (табл.22).

Таблица 27

Значения коэффициентов , учитывающих размеры детали в опасном сечении

Напряженное состояние и материал	Значение при диаметре вала, мм
Изгиб для углеродистой стали	0,95	0,92	0,88	0,85	0,81	0,76	0,70	0,61
Изгиб для высокопрочной легированной стали и кручение для всех сталей	0,87	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59	0,52

 

Таблица 28

Коэффициент влияния асимметрии цикла на прочность детали

Материал	, Н/мм ^2
Углеродистая сталь	350...550 650...750	0,00 0,05
Хромоникелевая сталь	300...1200	0,10

 

Таблица 29

Расчет посадки с натягом

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Формула, источник, обоснование
Диаметр вала		мм
Длина ступиц за вычетом фасок		мм	Эскизная компоновка контура
Расчетный диаметр детали		мм	Для сплошного колеса - диаметр впадин зубьев, для облегченного - диаметр ступицы.
Вращающий момент		Нм
Коэффициент трения			- при сборке без нагрева (H7/r6); - с нагревом (H7/s7 и H7/u8)
Коэффициент запаса сцепления
Необходимое удельное давление в стыке	Р	Н / мм ^2
Модуль упругости материала	Е	Н / мм ^2	Для стали
Расчетный натяг		мкм
Обработка вала		мкм	1,25 при ; 2,5 при
Обработка отверстий		мкм	то же
Требуемый минимальный натяг		мкм
Посадка по условию ei-ES			Таблица 30
Отклонение отверстия Отклонение вала	ES ei	мкм мкм	––– –––

Таблица 30

Поля допусков посадок с натягом (ЕСДП СЭВ)

Диаметр,	Предельные отклонения, мкм
мм	r6	s7	u8	H7
10...18	es	+29	es	+46	es	+60	ES	+18
ei	+18	ei	+28	ei	+33	EI
Окончание табл. 30
18...24	es	+41	es	+56	es	+74	ES	+21
	ei	+28	ei	+36	ei	+41	EI
24...30	es	+41	es	+56	es	+81	ES	+21
	ei	+28	ei	+36	ei	+48	EI
30...40	es	+50	es	+56	es	+99	ES	+25
	ei	+34	ei	+35	ei	+60	EI
40...50	es	+50	es	+68	es	+109	ES	+25
	ei	+34	ei	+43	ei	+70	EI
50...65	es	+60	es	+83	es	+133	ES	+30
	ei	+41	ei	+53	ei	+87	EI
65...80	es	+62	es	+89	es	+148	ES	+30
	ei	+43	ei	+59	ei	+102	EI
80...100	es	+73	es	+106	es	+178	ES	+35
	ei	+51	ei	+71	ei	+124	EI

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А

Таблица П1.1

Типы и основные параметры двигателей при нормальной нагрузке

Тип двигателя	Мощность		Тип двигателя	Мощность
4А71АУ3	0,55		4А132М4У32	11,00
4А71В4У3	0,75		4А160 4У3	15,00
4А80А4У3	1,10		4А160М4У3	18,50
4А80В4У3	1,50		4А180 4У3	22,00
4А90 4У3	2,20		4А180М4У3	30,00
4А100 4У3	3,00		4А300М4У3	37,00
4А100 4У3	4,00		4А200 4У3	45,00
4А112М4У3	5,50		4А225М4У3	55,00
4А132 4У3	7,50

 

 

Таблица П1.2

Размеры двигателей, мм.

Тип двигателя

Габаритные размеры

Установочные и присоединительные размеры

Общие

Исполнение

Общие

М200

М100

М200

l30

h31

d30

d24

l1

l10

l31

d1

d10

b1

b10

h

h1

h5

h10

l20

l21

d20

d22*

d25

4А71 4А80А 4А80В

21.5 24.5 24.5

3.5

4А90 4А100 4А100

37.0 31.0 31.0

4.0

4А112 4А132 А13М

35.0 41.0 41.0

4.0 5.0 5.0

51.5

4А160М

51.5

4А180

4А180М

4А200М

4А200

4А225М

Примечание. * – Число отверстий: 4 – для двигателей исполнения М200 типов 4А71–А180М, 8 – для типов 4А200М – 4А225М.

 

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. –
М.: Машиностроение, 1992.

2. Детали машин. Атлас конструкций./ Под ред. Д.Н. Решетова. –
М.: Машиностроение, 1979.

3. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высшая школа, 1998.

4. Иванов М.Н. Детали машин – М.: Высш. шк., 1998.

5. Иванов М.Н., Иванов В.Н. Детали машин. Курсовое проектирование – М.: Высшая школа, 1975.

6. Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989.

7. Курсовое проектирование деталей машин./ Под ред. В.Н. Кудрявцева – Л.: Машиностроение, 1983.

8. Ачеркан Н.С. и др. Детали машин. Расчёт и конструирование: Справочник – М.: Машиностроение, 1968.

9. Жуков К.П., Гуревич Ю.Е. Проектирование деталей и узлов машин.– М.: «Станкин», 1999.

10. Оформление курсового проекта. Методические указания к курсовому проекту по деталям машин.– СПб.: ПИМаш, 2001.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ............................................. 3

1.1. Индивидуальное техническое задание на проектирование редуктора................ 3

1.2. Выбор электродвигателя.......................................................................... 4

1.3. Определение силовых и кинематических параметров редуктора.......... 4

1.4. Выбор материала зубчатых колес........................................................... 5

1.5. Учет режима работы и числа циклов....................................................... 7

1.6. Определение допускаемых напряжений.................................................. 8

2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ПЕРЕДАЧ..................................................................... 10

3. РАСЧЕТ МЕЖОСЕВОГО РАССТОЯНИЯ ДЛЯ ТИХОХОДНОЙ
И БЫСТРОХОДНОЙ СТУПЕНЕЙ.................................................................................. 11

4. РАСЧЕТ МОДУЛЯ ЗАЦЕПЛЕНИЯ............................................................................................. 13

5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРЯМОЗУБОЙ ПЕРЕДАЧИ............................................................... 14

5.1. Расчет без смещения исходного контура при нарезании..................... 14

5.2. Расчет со смещением исходного контура.............................................. 15

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОСОЗУБОЙ ПЕРЕДАЧИ (БЕЗ СМЕЩЕНИЯ)................................. 16

7. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ ТИХОХОДНОЙ И БЫСТРОХОДНОЙ СТУПЕНЕЙ ПО КОНТАКТНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ............................................................................................................................. 16

8. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ ТИХОХОДНОЙ И БЫСТРОХОДНОЙ СТУПЕНЕЙ ПО НАПРЯЖЕНИЯМ ИЗГИБА.............................................................................................................. 19

9. РАСЧЕТ СОСТАВЛЯЮЩИХ УСИЛИЙ В ЗАЦЕПЛЕНИИ....................................................... 20

10. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ.................................................................................... 21

10.1. Расчет нагрузок на подшипники.......................................................... 22

10.2. Определение диаметров валов............................................................. 25

10.3 Выбор подшипников качения............................................................... 26

11. УКАЗАНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ КОРПУСА ЗУБЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА 31

11.1. Технологические требования............................................................... 32

11.2. Жесткость стенок корпуса.................................................................... 33

12. МЕТОДИКА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЕДУКТОРА............... 35

12.1. Размеры крепежных деталей................................................................ 37

12.2. Определение размеров крепежных деталей и элементов корпуса под них…. 37

12.3. Конструирование валов и колес редуктора……………………………...40

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………...51