Проверка прочности шпоночных соединений.

Для соединения вала с деталями, передают вращательное движение, удобно использовать призматические шпонки из сталей 45, Ст6 тому подобное. Призматические шпонки избираются по ГОСТ 23360 - 78 (табл. 9.2) в зависимости от диаметра вала. Длина шпонки принимается меньше длины ступицы табл. 9.2.

Шпонку проверяют по деформацией морщины. Условие прочности при этом выглядит следующим образом:

, (9.1)

де σ_cм – напряжение смятия, ;

[σ_cм] – допускаемые напряжения на смятие, ,(табл. 9.1);

Т – крутящий момент на валу, Нмм;

d – диаметр вала, мм;

l – длина шпонки, мм, (табл. 9.2);

b – ширина шпонки, мм, (табл. 9.2);

h – высота шпонки, мм, (табл. 9.2);

t₁ – глубина шпоночного паза на валу, (табл. 9.2).

Допустимое напряжение на смятие при стальной ступице.

Таблица 9.1

Характер нагрузки	Допускаемые напряжения [σcм],
Спокойное без толчков
Легкие толчки
Ударные нагрузки

 

Если условие прочности не выполняется (т.е. ), то допускается установка двух шпонок под углом 180 °. При этом предполагается, что каждая шпонка воспринимает половину нагрузки.

В пояснительной записке курсового проекта целесообразно показать эскиз шпоночного соединения.

Пример проверочного расчета шпонки под зубчатым колесом приведен в приложении 1.

 

Проверочный расчет валов.

 

Проверочный расчет валов состоит в определении коэффициентов безопасности s для опасных сечений и сравнении их с допустимыми значениями [s].

Принимается для валов зубчатых редукторов, нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричным циклом, а касательные от кручения - по нулевого.

Предел выносливости материала вала для сгиба определяется по формуле

, (10.1)

где σ_В – предел прочности материала вала, , (табл. 2.1);

Шпонки призматические, ГОСТ 23360 - 78 (в сокращении).

 

Таблица 9.2

 

Диаметр вала	Перерез шпонки	Глубина паза	Фаска
d	bxh	вала /,	втулки i2	s x 45'
Св. 10 до 12	4x4	2.5	1.8	0.08-0.16
» 12» 17	5x5	3.0	2.3
» 17» 22	6x6	3.5	2.8	0.16-0.25
» 22» 30	8x7	4.0	3.3
» 30 * 38	10x8	5.0	3.3
» 38» 44	12x8	5.0	3.3
» 44» 50	14x9	5.5	3.8	0,25-0.40
» 50 * 58	16* 10	6.0	4.3
» 58» 65	18x11	7.0	4.4
» 65» 75	20x12	7.5	4.9
» 75» 85	22x14	9.0	5.4	0.40-0.60
» 85» 95	25 x 14	9.0	5.4
* 95» 110	28 x 16	10.0	6.4

 

 

Примечание: I. Длину шпонки выбирают из ряда: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140: 160; 180; 200 _ (до 500).

2. Материал шпонок - сталь, чистотянута с временным сопротивлением разрыва не меньше 590 MПa.

3. перерез bxh- 20x12. длина 90 мм:

4. Шпонка 20x12x00 ГОСТ 23360-78

 

 

Предел выносливости материала вала для кручения:

, (10.2)

 

Для определения амплитуды и среднего напряжения цикла касательных напряжений необходимо знать полярный момент сопротивления сечения Wp. Для валов круглого сечения полярный момент сечения указанный в табл. 10.1, для валов с шпоночным пазом - в табл. 10.2.

Моменты сопротивления валов круглого сечения.

Таблица 10.1

Диаметр вала, d, мм	WP, см^3	Wх, см^3
	1,571	0,785
	1,818	0,909
	2,09	1,045
	2,71	1,357
	3,07	1,534
	3,45	1,726
	4,31	2,16
	5,30	2,65
	6,43	3,22
	7,06	3,53
	7,72	3,86
	8,42	4,21
	9,16	4,58
	10,77	5,39
	12,57	6,28
	14,55	7,27
	17,89	8,95
	21,7	10,86
	24,5	12,27
	27,6	13,80
	32,7	16,38
	42,4	21,20

 

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений определяется по формуле

 

, (10.3)

 

Коэффициент безопасности по нормальным напряжениям

, (10.4)

 

де k_σ – коэффициент концентрации нормальных напряжений, для вала со шпонкой канавкой по табл.10.3

ε_σ – масштабный коэффициент по нормальным напряжениям, для вала со шпонкой канавкой по табл.10.4;

ψ_σ – коэффициент учитывающий влияние средних нормальных напряжений на прочность вала, табл. 10.5.

Для участков валов с напрессованными деталями принимается отношение за табл. 10.6.

Коэффициент безопасности по касательным напряжениям

, (10.4)

 

де k_τ – коэффициент концентрации касательных напряжений, для вала со шпонкой канавкой по табл.10.3;

ε_τ – масштабный коэффициент по касательным напряжениям, для вала со шпонкой канавкой по табл.10.4;

ψ_τ – коэффициент учитывающий влияние средних касательных напряжений на прочность вала, табл. 10.5.

 

Моменты сопротивления валов со шпоночным пазом.

Таблица 10.2

Диаметр вала, d, мм	WP, см^3	Wх, см^3
	1,44	0,655
	1,68	0,770
	1,94	0,897
	2,55	1,192
	2,81	1,275
	3,18	1,453
	4,01	1,855
	4,97	2,32
	5,94	2,73
	6,55	3,02
	7,19	3,33
	7,87	3,66
	8,59	4,01
	10,04	4,66
	11,79	5,51
	13,72	6,45
	16,74	7,80
	20,5	9,62
	22,9	10,65
	25,9	12,10
	30,8	14,51
	40,0	18,76

 

Для участков валов с напрессованными деталями принимается отношение по табл. 10.6.

Если в сечении существует несколько концентраторов напряжений, то учитывается тот, для которого отношение больше.

Значение k_σ та k_τ для вала со шпонкой канавкой.

Таблица 10.3

Коэффициенты	σВ,
kσ	1,6	1,75	1,8	1,9
kτ	1,5	1,6	1,7	1,9

 

Значение ε_σ та ε_τ для вала со шпонкой канавкой.

Таблица 10.4

Сталь	Диаметр вала d, мм
Углеродистая	εσ	0,92	0,88	0,85	0,82	0,76	0,70	0,61
ετ	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59	0,52
Легированная	εσ,ετ	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59	0,52

 

Значение ψ_σ та ψ_τ.

Таблица 10.5

Сталь	ψσ	ψτ
Углеродистая	0,2	0,1
Легированная	0,25…0,30	0,1

 

Результирующий коэффициент безопасности проверяется по условию прочности

, (10.6)

 

де [s] – допустимый коэффициент безопасности, табл. 10.7.

Пример проверочного расчета ведомого вала редуктора приведен в приложении 1.

Значение для валов с напрессованными деталями.

Таблица 10.6

Диаметр вала d, мм	σВ,
	2,0	2,3	2,6	3,0
	2,35	2,6	3,0	3,4
	2,6	2,8	3,3	3,8
	2,7	3,2	3,65	4,0
	3,3	3,6	4,0	4,5
Примечание. Для касательных напряжений

 

Значение [s] для валов.

Таблица 10.7

Тип расчетов	Коэффициент [s]
Без дополнительного расчета на жесткость	2,5
С дополнительным расчетом на жесткость	1,7

 

Посадки деталей редуктора.

 

Посадки деталей редуктора назначаются согласно рекомендациям ГОСТ 25347 - 82 (табл. 11.1).

Пример выбора посадок деталей редуктора приведен в приложении 1.

 

Посадки деталей передач.

Таблица 11.1

Посадки	Примеры соединений
,	Зубчатые и червячные колеса на валы при тяжелых ударных нагрузках.
,	Зубчатые и червячные колеса на валы, зубчатые муфты на валы при средних и небольших толчках.
, ,	Зубчатые колеса на валу при частом демонтажа муфты.
, ,	Стаканы крышек подшипников, распорные втулки.
,	Шкивы и звездочки.
	Распорные кольца, манжеты.
	Валы под внутренние кольца подшипников качения. *
	Корпус под наружные кольца подшипников качения. *
* - Для подшипников качения указываются отклонения валов и отверстий, а не обозначение полей допусков, так как подшипники являются готовыми изделиями, которые используются для составления без дополнительной обработки.

 

 

Технологическая часть.

 

1. Разработка технологии сборки редуктора.

 

В технологической части курсового проекта нужно подробно разработать технологические условия сборки редуктора. При этом необходимо учитывать, что составление выполняют согласно сборочным чертежам редуктора в соответствующей технологической последовательности.

Составление начинают с узлов валов: устанавливают сопряженные детали на валы.

Собранные валы устанавливают в корпус и проводят регулировку роликовых подшипников с помощью регулировочных прокладок.

После вкручивания пробок в полость заливают масло и закрывают крышку надзорного окна.

После составления редуктор подлежит обкатке и испытанию.

Пример разработки технологии сборки редуктора приведен в приложении 1.

 

Организационная часть.

1. Выбор масла для смазки редуктора и подшипников.

 

Для редукторов при небольшой мощности, отсутствия ударных нагрузок и скоростью в зацеплении до 12 рекомендуется смазки зубчатого зацепления проводить погружением зубчатого колеса в масло, которая залита во внутреннюю полость корпуса редуктора. Колесо должно погружаться в масло не менее, чем на 10 мм. Объем масла, заливаемого в редуктор, определяется из расчета 0,25 дм3 масла на 1 кВт мощности по следующей формуле

, (12.1)

 

В зависимости от контактных напряжений по табл. 12.1 выбирается вязкость масла. Окончательно сорт масла принимается согласно ГОСТ 20799 - 75 (табл. 12.2).

Вязкость масла для зубчатых передач (∙10^-6, ).

Таблица 12.1

Контактные напряжения σН,	Окружная скорость в зацеплении v,
до 2	2…5	больше 5
до 600
600…1000
1000…1200

 

Подшипники рекомендуется смазывать той же маслом путем разбрызгивания.

Индустриальные масла для смазки зубчатых передач

(ГОСТ 20799 - 75, с сокращениями).

 

Таблица 12.2

Марка	Кинематическая вязкость масла (∙10^-6, ).
И-12А	10…14
И-20А	17…23
И-25А	24…27
И-30А	28…33
И-40А	35…45
И-50А	47…55
И-70А	65…75
И-100А	90…118

Пример выбора масла для смазки редуктора и подшипников приведен в приложении 1.