Расчет соединения вала с втулкой посадкой с натягом  (СгН)

Исходные данные: T_СДВ =Т·К_П; Проектные характеристики соединения: d – диаметр, посадка и b – ширина; диаметры деталей: D_A - наружный у охватывающей втулки (индекс А) и d_В - внутренний у охватываемого пустотелого вала (индекс В); R_aA и R_aВ -  шероховатость посадочных поверхностей;  материалы втулки и вала; установившаяся температура; способ сборки.

Цель расчета – обоснование работоспособности соединения согласно исходным данным.

Установить допуски посадочного диаметра d для втулки - Т_А и вала - Т_В и средний натяг соедине- ния  N_СР согласно предельных отклонений d_А(В) для заданной посадки по ГОСТ 25346-89.

Определить: - допуск вероятностного натяга СгН     T_N=√ Т_А²+Т_В²;

Таблица 15.1
Материал	Е, Мпа	µ	α, 1/0 C
Сталь	2, 1·105	0, 3	1, 2·10-5
Чугун	1, 3·105	0, 25	1·10-5
Бронза	1·105	0, 33	1, 9·10-5

- наибольший (наименьший) расчетные натяги N_{MAX  (MIN)} с учетом поправок на обмятие шероховато- стей - ∆ N_Ra=5, 5·(R_аA+R_аВ) и на температурные деформации деталей - ∆ N_t=10^-3·d·(α _А-α _В)·(t_Р-t₀) [здесь α _А и α _В – коэффициенты линейного расширения материалов деталей  (табл. 15.1), работающих в диапазоне температур от начальной t₀ до установившейся t_P]   N_{MIN  (MAX)}  = N_СР ±T_N/2 – ∆ N_Ra [± ∆ N_t],

- наибольшее и наименьшее упругое давление на поверхности соединения после сборки р _{MIN (MAX)}   = N _{MIN (MAX)}   /[d·(C_A/E_A+C_B/Е_B)],

где C_A и C_B – коэффициенты, C_A= (D_A²+d²) / (D_A²-d²)+μ _A   и

                                                 C_B= (d²+d_В²) / (d²-d_В²)-μ _B;

   E_A, Е_B и μ _А, μ _B – модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов деталей (табл. 15.1);

Проверить: - условие несдвигаемости соединения при запасе сцепления n_СЦ* ≥ 1, 25 и соответ- ствующем коэффициенте f_СЦ сцепления материалов деталей [при запрессовке для материалов “сталь - сталь (чугун)” принять f_СЦ≥ 0, 15, а для материалов “бронза – сталь (чугун)” f_СЦ≥ 0, 1; при темпера- турной сборке значения f_СЦ повысить в ≈ 1, 4 раза]: T_СДВ≤  F_ТР·d/(2000·n_СЦ) = π ·d²·b·р_MIN·f_СЦ /(2000·n_СЦ);

- условие прочности деталей из материала с пределом текучести σ _ТА(В):     p_MAX ≥ σ _ТА(В)/2·[1+Ω ²_А(В)],

где Ω _А(В) – относительные диаметры деталей: Ω _А= d/D_A и Ω _В= d_В/d.

При недостаточных нагрузочной способности или прочности соединения либо изменить посад- ку, размеры, материалы или способ сборки соединения, либо применить иной тип соединения.

 

Пример 15п. Расчет соединения зубчатого венца с цилиндрическим колеом посадкой с натягом

Исходные данные: T_СДВ =Т_В·К_П=630·1, 5= 945 Нм – момент сдвига; d=150 Н7 / u 7  и b=40 мм – посадочный диаметр и длина соединения; R_aВ=0, 8 и R_aА=1, 25 - шероховатость посадочных поверхностей в мкм; d_.В=125 мм  и D_А= 175 мм – расчетные диаметры центра колеса внутренний и венца наружный; материалы центра – сталь 20Л (σ _тА=320 МПа) и венца – сталь 40ХНМА (σ _тА=780 МПа); сборка соединения запрессовкой.

+0, 239 +0, 199

Цель расчета – обоснование работоспособности соединения натягом согласно исходным данным.

Устанавливаем для посадки ø 150 Н7/ u 7 предельные отклонения венца  ø 150                   и центра ø 150 ^{+0, 040}  ( ГОСТ 25346-89), что соответствует допускам ø 150 венца и вала Т_А=Т_В=0, 04 мм и среднему натягу соединения N_СР=0, 199 мм.

Определяем:  -  допуск вероятностного натяга соединения T_N=√ Т_А²+Т_В² = √ 0, 04²+0, 04² =0, 057 мм;                

- наибольший (наименьший) расчетный натяг N _{MAX (MIN)} с учетом поправки на смятие шероховатостей ∆ N_Ra  (температур- ные деформации деталей не учитываем при малом тепловыделении в ЗЦП)

                                          ∆ N_Ra=5, 5·10^-3·(R _aА+R _аВ)= 5, 5·10^-3·(0, 8+1, 25)=0, 011 мм,

при этом N_MIN=N_СР–T_N/2–∆ N_Rat=0, 199–0, 057/2–11=0, 159  мм и N_MAX=N_СР+T_N/2–∆ N_Ra=…=0, 217 мм;

- упругое давление на поверхности соединения  p_MIN = N_min / [D·(C_В/E_В + C_А/E_А)]   и p_MAX = p_MIN· N_MAX / N_MIN,

где E_{А (В)} =2, 1·10⁵ Мпа, μ _{ВА (В)} =0, 3 - механические характеристики заданных материалов – ( табл. 12.6);

  C_В  и C_А  - коэффициенты, C_В = (d²+ d²_В)/ (d² - d²_В) -  μ _В= (150²+125²)/(150²-125²) - 0, 3= 5, 2,

                                                 C_А = (D²_А + d²)/ (D²_А - d²) + μ _А= (175² + 150²)/(175² - 150²) + 0, 3=6, 8;

при этом p _MIN =0, 159·2, 1·10⁵ / {150·[5, 2+6, 8]}= 18, 6 Мпа и p _MAX =18, 6 21, 4·0, 217/ 0, 159= 25, 3   Мпа;

Проверяем:  - условие несдвигаемости соединения при запасе n_СЦ ≈ 1, 25 и коэффициенте сцепления f_СЦ=0, 15

T_СДВ ≤ T_СЦ/n_СЦ =π ·d²·b·р_MIN·f_СЦ /(2000·n_СЦ) =π ·150²·40·18, 6·0, 15/ (2000·1, 25) = 3155 Нм, что больше чем T_СДВ =945 Нм;

- условие прочности центра (σ _ТВ=320 МПа < σ _ТА=780 Мпа): p_MAX ≤ σ _ТD·(1+ d_В²/d²)/2=320·(1-125²/150²)/2=49 Мпа, что больше чем p_MAX = 25, 3 Мпа и, следовательно, рассмотренное соединение работоспособно.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           .

* При циклическом изгибе принять n_СЦ ≥ 3 из-за опасности коррозионно-механического изнашивания.

 

- 35 -

16.   Состав и оформление курсового проекта

Курсовой проект  содержит графическую и текстовую (представляется в пояснительной записке) части.

Пояснительная записка (ПЗ) (код ЗП) состоит из титульного листа, листа задания на про- ектирование (с.47, приложение 2), листа с содержанием ПЗ (пример 16п), основного текста (изложенного по разделам в порядке их упоминания в содержании ПЗ и включающих описания и обоснования технических решений, сопровождаемые расчетами), списка использованной литера- туры и приложений (спецификаций …).

Графическая часть проекта содержит  чертеж общего вида привода (в уменьшенном масштабе), сборочный  чертеж редуктора (в М 1: 1) и рабочие чертежи деталей (по указанию консультанта; в М 1: 1). Оформление чертежей выполнять по нормам ЕСКД, - см. [1] и рис. 17.1 … 17.7.

  Сборочный чертеж (код СБ) редуктора (рис. 17.1; 17.3; 17.4) разрабатывается на основе его эскизного проекта, уточненного проверочными расчетами. Чертежи СБ должны содержать: изоб­ражение (необходимое число проекций, сечений...), размеры (габаритные, монтаж­ные, присоедини-тельные, посадочные), выноски с номерами позиций деталей, техническую характеристику и техни- ческие требования (к сборке, отладке, внешнему виду …), которые приводить на первом листе черте- жей над основной надписью. Форму основной надписи на первом и следующих листах чертежа - см. [1]. Чертежи СБ сопровождать спецификацией (форму см. [1]), поясняющей состав изделия (разделы спецификаций, их содержание и последовательность понятны из примеров  (табл. 17.1…17.5).

Рабочие чертежи изделий должны содержать информацию, необходимую для их изготовления и контроля: о материале и (Х)ТО, о форме и размерах с предельными отклонениями, о шероховатости поверхностей деталей…. Харак­теристики зацеплений приводить в таблице, прочие - в технических требованиях - см. рис. 17.6 и 17.7.

Чертеж общего вида (код ВО) привода должен раскрывать его состав: двигатель, муфты, редук- тор (согласно их размеров), раму или плиту (проектировать из удобства монтажа и крепления к фун- даменту) и детали их соединений. Сварную раму конструировать из минимального числа прокатных профилей, размер полок которых обеспечивает размещение фундаментных болтов D_БФ»1, 2d_{БФредуктора}. Чертёж ВО должен содержать размеры и выноски с № позиций изделий, техническую характеристи- ку и технические требования (рис.17.5 и 17.8). Разработать спецификацию ВО привода – см. табл. 17.2 и 17.5. Спецификации привести в приложении к пояснительной записке.

Каждому изделию и его конструкторской документации присваивать соответствующее обозначение, которое должно состоять из следующих 4-х частей, разделенных точками:

ХХ…Х. ХХ. ХХХ. ХХ
Аббревиатура изделия					Код документа		ВО - вид общий, СБ - чертеж сборочный,   ЗП - записка пояснительная, …… Отсутствует на рабочих чертежах и спецификациях.
Например: ПРЧ – привод с редуктором червячным
№ основной сборочной единицы
№ сборочной единицы в составе основной СБ				№ детали

 

 

Пример 16п.  Содержание    [пояснительной записки по варианту задания (стр. 4) для схемы №2].

Техническое задание                                                                                                          4 1. Энергосиловой и кинематический расчет привода                                                          5 2. Расчет косозубой цилиндрической передачи редуктора                                                 … 2.1. Проектный расчет передачи 2.2 Проверочный расчет передачи на контактную выносливость 2.2 Проверочный расчет передачи на изгибную выносливость 3. Выбор муфт и проектное обоснование диаметров валов и подшипников редуктора         4. Обоснование некоторых конструктивных решений и размеров редуктора 5. Проверочные расчеты валов редуктора на прочность 6. Подбор подшипников   7. Расчет шпоночных соединений Список литературы  Приложение А. Спецификация изделия «Привод с редуктором цилиндрическим»  Приложение Б. Спецификация изделия «Редуктор цилиндрический»

 

- 36 –

 

17. Примеры конструкций приводов и их элементов

 

Рис.1 7.1

 

 

- 37 -

                                                                                                                                Таблица 1 7.1.

Фор.

Зона

Поз.