Конструктивно оформляем по найденным выше размерам шестерню и колесо. Вычерчиваем их в зацеплении. Подшипники валов расположим стаканах.
Предварительно намечаем для валов роликоподшипники конические однорядные. Учитывая небольшие размеры редуктора принимаем лёгкую серию подшипников
| Условное обозначение подшипника | d мм | D мм | B мм | C кН | Co кН |
| 7203 | 17 | 40 | 12 | 14.0 | 9.0 |
| 7204 | 20 | 47 | 14 | 21.0 | 13.0 |
Наносим габариты подшипников ведущего вала, наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии 10 мм от торца шестерни и отложив зазор между стенкой корпуса и центром подшипника 10 мм (для размещения мазеудерживающего кольца). Второй подшипник размещаем на расстоянии от первого равном 2.5*dв1=2,5*13=32.5 мм [2], где dв1 - диаметр выходного конца ведущего вала.
Размещаем подшипники ведомого вала, наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии 10 мм от торца ступицы колеса и отложив расстояние между стенкой корпуса и центром подшипника 10 мм.
Замером определяем расстояния
a1=30 мм ; a2=48 мм ; a3=33 мм ; a4=64 мм
4. Проверка долговечности подшипников.
Ведущий вал
Расчётная схема
a1=30 мм
а2=48 мм
Рr1=203.5 Н
Pa1=74 Н
P=1678.3 Н
Определение реакций опор
в вертикальной плоскости
рис. 3 Расчётная схема
ведущего вала.
Проверка:
Определение реакций опор в горизонтальной плоскости
Проверка:
Определение эквивалентных нагрузок
[3] , где X,Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок соответственно;
Kv - коэффициент учитывающий вращение колец подшипников;
Fr - радиальная нагрузка, Н;
КБ - коэффициент безопасности;
Кт - температурный коэффициент
, где Нi, Vi - реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, Н
Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников
[1]
здесь для подшипников 7203 параметр осевого нагружения e = 0.31
В нашем случае S1>S2; Fa>0, тогда Pa1=S1=706.2 H
Pa2=S1+Pa=271+74=345 H
X=0.4 Y=1.97
Расчётная долговечность, млн. об.
Расчётная долговечность, ч
, где n = 1500 частота вращения ведущего вала.
Расчёт ведомого вала
Определение реакций опор в
вертикальной плоскости
рис. 4 Расчётная схема
ведомого вала.
Проверка:
Определение реакций опор в горизонтальной плоскости.
Проверка:
Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников
В нашем случае S1>S2; Fa>0, тогда Pa1=S1=63 H
Pa2=S1+Pa1=63+203.5=266.5 H
Так как в качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники 7204 , то долговечность определим для более нагруженного подшипника.
, по этому осевую нагрузку следует учитывать.
Эквивалентная нагрузка
Pэ=0.4*515.7+1.67*266.5=0.7 кН
Расчётная долговечность, млн. об.
[1]
Расчётная долговечность, ч
здесь n = 536 об/мин - частота вращения ведомого вала
Полученная долговечность более требуемой. Подшипники приемлемы.
5. Уточнённый расчёт валов.
Нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения по пульсирующему
5.1 Выбор материала вала
Предварительно примем углеродистую сталь обычного качества, Ст5, для которой предел временного сопротивления db=500 МПа
5.2 Определение изгибающих моментов
Ведущий вал
У ведущего вала определять коэффициент запаса прочности в нескольких сечениях нецелесообразно, достаточно выбрать одно сечение с наименьшим коэффициентом запаса, а именно сечение в месте посадки подшипника, ближайшего к шестерне (см. Рис.3). В этом опасном сечении действуют максимальные изгибающие моменты My и Mx и крутящий момент Mz = Т2. Концентрация напряжений вызвана напрессовкой внутреннего кольца подшипника на вал.
a1=14 мм;
а2=48 мм
Рr=203,5 Н;
Ра=74 Н ;
Р=1678,3 Н
Vа=308,5 Н;
Vв=105 Н;
Hа=2727,2 Н;
Hв=1048,9 Н;
Ma=10,582 Н*м
Построение эпюры Мy (рис. 5)
0£y£a1 My=-Pa*x+Ma;
y=0 My=Ma
y=a1 My=- Pr*a+Ma=-50,468 Н*м
0£y£a2 My=-Vв*y=-50,468 Н*м
Построение эпюры Мx (рис. 5)
0£x£a1 Mx=-P*x
0£x£a2 Mx=-Hв*x
x=0 Mx=0
x=a1 Mx=- P*a1=-50,349 Н*м
x=0 Mx=0
рис. 5 Эпюры моментов x=a2 Mx=- Hв*a2=-50,349 Н*м
Ведомый вал
а3=33 мм;
а4=64 мм
Рr=74 Н;
Ра=203,5 Н;
Р=595,5 Н
Vа=133,4 Н;
Vв=-59,4 Н;
Hа=393,9 Н;
Hв=202 Н;
Ma=82,0105 Н*м
Построение эпюры Мy (рис. 6)
0£y£a3 My=Vв*y
y=0 My=0
y=a3 My=Va*a3=44,022 Н*м
0£y£a4 My=Vв*y
y=0 My=0
y=a4 My=Va*a4=-38,016 Н*м
Построение эпюры Мx (рис. 6)
0£x£a3 Mx=-Ha*x
x=0 Mx=0
x=a3 Mx=- Ha*a3=-129,657 Н*м
0£x£a4 Mx=-Hв*x
x=0 Mx=0
рис. 6 Эпюры моментов x=a4 Mx=- Hв*a4=-129,657 Н*м
5.3 Определение суммарного изгибающего момента в опасном сечении
5.4 Определение осевого момента сопротивления сечения
[1]
5.5 Амплитуда нормальных напряжений
[1]
5.6 Определение полярного момента сопротивления
5.7 Определение амплитуды касательного напряжения
5.9 Определение коэффициентов запасов прочности
8.1 по нормальному напряжению
,где sv - амплитуда нормальных напряжений; Кs - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений; es - масштабный фактор для нормальных напряжений; b - коэффициент учитывающий влияние шероховатости поверхности b = 0.97¸0.9
8.2 по касательному напряжению
, где t-1 - предел выносливости стали при симметричном цикле кручения; kt - коэффициент концентрации напряжений; et - масштабный фактор; t - амплитуда касательных напряжений, МПа; b - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности; Yt - коэффициент асимметрии цикла; tm - среднее значение амплитуды касательных напряжений, МПа.
5.10 Определение общего коэффициента запаса прочности
6. Выбор типа крепления вала на колесе.
Расчёт соединений.
6.1 Выбор материала
В качестве материала шпонки примем сталь углеродистую обыкновенного качества Ст6, для которой допускаемое напряжение на смятие [s]см=70¸100 МПа, допускаемое напряжение на срез [t]ср=0,6*[s]см=42 МПа
6.2 Геометрические размеры шпонки
b=5 мм;
h=5 мм;
t1=3.0 мм;
t2=2.3 мм;
lш=lст2-(5¸10)=28 мм,
где lст2 - длина ступицы, мм
lш - длина шпонки, мм
шпонка 5´5´28 ГОСТ 23360-78
6.3 Проверка шпонки на смятие
, где Т3 - крутящий момент на валу С, Н*м (таблица 2);
dк - диаметр вала под колесо, мм;
h - высота шпонки, мм;
b - ширина шпонки, мм;
lш - длина шпонки, мм
возьмём с закруглёнными концами
lp=28-5=23 мм берём 20 мм
6.4 Проверка шпонки на срез
7. Выбор и анализ посадок
7.1 Выбираем посадки
Примем посадки согласно таблице 4
таблица 4
| Зубчатое колесо на вал |
| Распорная втулка на вал |
| Торцевые крышки на ПК |
| Внутренние кольца ПК на валы |
| Наружные кольца ПК в корпусе |
| Уплотнения на валы |
Выполним анализ посадки Н7/m6
7.2 Определение предельных отклонений отверстий на колесе
D=25 (Н7) ES=+21 мкм
EI=0 мкм
7.3 Определение предельных отклонений вала
d=25 (m6) es=+21 мкм
ei=+8 мкм
7.4 Определение max значения натяга
Nmax=es-EI=21-0=21 мкм
7.5 Определение max значения зазора
Smax = ES-ei = 21-8=13 мкм
7.6 Определение допусков
7.6.1. на отверстие
ТD=ES=EI=21-0=21 мкм
7.6.2 на вал
Тd=es-ei=21-8=13 мкм
7.7 Определение предельных размеров
Dmax=D+ES=25+0.021=25.021 мм
Dmin=D+EI=15 мм
dmax=d+es=25+0.021=25.021 мм
dmin=d+ei=25+0.008=25.008 мм
7.8 Построим схему допусков
8. Выбор муфт. Выбор уплотнений.
8.1 Выбор муфты
Возьмём муфту упругую втулочно-пальциевую (МУВП). Эта муфта является наиболее распространённой муфтой с неметаллическими упругими элементами - резиной; обладает хорошей эластичностью, демпфирующей электроизоляционной способностью
8.1.1 Вращающий момент на валу электродвигателя
8.1.2 При ударной нагрузке принимаем коэффициент режима работы муфты К=4
8.1.3 Расчётный вращающий момент
8.1.4 По нормали МН-2096-64 выбираем муфту МУВП-16 (см. табл. 5)
таблица 5
| d, мм | D, мм | L, мм | D1, мм | z | dп, мм | lп, мм | lв, мм | [Мрас] Н*м | w,. рад/с |
| 13 | 90 | 84 | 58 | 4 | 10 | 19 | 15 | 31.4 | 660 |
8.1.5 Проверяем пальцы на изгиб
8.1.6 Проверяем резиновые втулки на смятие
Выбранная муфта удовлетворяет условию прочности
8.2 Выбор уплотнений
Выберем уплотнение подшипников качения в зависимости от окружной скорости валов.
Ведущий вал
, где w - угловая скорость ведущего вала, рад/с; d - диаметр выходного конца ведущего вала, мм
Так как u1<2 м/с, то примем войлочное уплотнение по ГОСТ 6308-71, со следующими параметрами
| dв1 | d | D | b | D1 | d1 | b1 | b2 |
| 13 | 12 | 21 | 2.5 | 22 | 14 | 2 | 3.0 |
Ведомый вал
, где w - угловая скорость ведомого вала, рад/с; d - диаметр выходного конца ведомого вала, мм
u2<2 м/с, принимаем войлочное уплотнение со следующими параметрами:
| dв1 | d | D | b | D1 | d1 | b1 | b2 |
| 17 | 16 | 25 | 3 | 26 | 18 | 2.5 | 3.2 |
9. Выбор смазки редуктора и подшипников.
9.1 Выберем смазку для редуктора