РАСЧЕТ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ ШПОНОК

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 17Следующая ⇒

Призматические шпонки (рис.18.1), применяемые в проектируемых редукторах, проверяют на смятие.

Рис.18.1. Соединение призматической шпонкой

Условия прочности:

(18.1)

где F_t – окружная сила на колесе или шестерне, Н; F_t = 2T/d, где d – диаметр вала в месте установки шпонки;

А_см– площадь смятия, мм²;

А_см = (0, 94h – t₁) l_p; (18.2)

l_p – расчетная (рабочая) длина шпонки со скругленными торцами;

l_р = l – b, (18.3)

где l – полная длина шпонки, определенная на конструктивной компановке;

b, h, t₁ – стандартные размеры (см. табл. 18.1).

Длина ступицы должна быть больше диаметра вала из условия центрирования по цилиндру по соотношению:

l_ст = (1, 2…1, 5)d. (18.4)

Длину стандартной шпонки принимают l l_ст – 5 мм
и округляют по ряду Ra 20 ГОСТ 6636 (прил. В). Допускаемое напряжение смятия определяют по известной зависимости:
[s_см] = /s. При нереверсивной нагрузке рекомендуется принимать s = 1, 9…2, 3; при частых запусках и остановках s = 2, 9…3, 5; при реверсивной нагрузке коэффициент запаса повышают на 30%.

При стальной ступице можно принимать [s_см] = 80…100 МПа при переходных посадках и [s_см] = 150…200 МПа при посадках
с натягом. При колебаниях нагрузки их следует снижать на 20…25%, при ударной нагрузке – на 40…50%. При чугунной ступице напряжения уменьшают в два раза.

Размеры сечений шпонок b× h выбирают в зависимости от диаметра вала d из справочников (табл.18.1). Если при проверке рабочие напряжения смятия окажутся значительно меньше допускаемых, то можно взять сечение на один размер меньше
и расчеты повторить. В случае, когда одна шпонка не может передать заданную нагрузку, шпоночное соединение заменяют шлицевым.

Пример 22. Подобрать призматическую шпонку и проверить ее по напряжениям смятия по следующим исходным данным: диаметр вала d = 50 мм, крутящий момент на валу Т = 250 Н м, материал ступицы – сталь 45. Нагрузка реверсивная, с частыми запусками и остановками. Шпоночное соединение – основное, посадка – переходная.

Решение

Предел текучести стали 45 = 360 МПа (прил. К). Коэффициент запаса s = 3, 2 1, 3. Допускаемое напряжение смятия
[s_см] = 360/(3, 2 1, 3) = 86, 5 МПа. Принимаем по диаметру вала шпонку с размерами: ширина b = 14 мм, высота h = 9 мм, глубина паза втулки t₂ = 3, 8 мм [8]. Длина ступицы l_ст = (1, 2…1, 5) 50 =
= 60..75 мм. Принимаем l_ст = 70 мм (прил. В), длину шпонки
l = 63 мм [8]. Расчетная длина шпонки l_p = 63 – 14 = 49 мм. Рабочие напряжения смятия:

Вывод. Прочность достаточна. Принята шпонка 14 9 63 ГОСТ 23360-78.

Таблица 18.1

Шпоночные соединения с призматическими шпонками
(ГОСТ 23360–78), мм

Диаметр вала d	Сечение шпонки	Фаска	Глубина паза	Длинаl
b	h	Вала t₁	ступицы t₂
Свыше 12 до 17			0, 25…0, 4	3, 5	2, 3 2, 8	10…56 14…70
» 17 » 20
» 22 » 30			0, 4…0, 6		3, 3	18…90
» 30 » 38 » 38 » 44				3, 3	22…110 28…140
» 44 » 50 » 50 » 58 » 58 » 65			5, 5	3, 8	36…160
	4, 3	45…180
	4, 4	50…200
» 65 » 75			0, 6…0, 8	7, 5	4, 9	567…220
» 7 5» 85				5, 4	63…250
» 85 » 95		70…280
Примечания: 1. Длины призматических шпонок l выбирают из следующего ряда: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250. 2. Пример условного обозначения шпонки исполнения 1, размерами b = 16 мм, h = 10 мм, l = 50 мм: Шпонка 160 х10 х50 ГОСТ 23360–78.

РАСЧЕТ СЕГМЕНТНЫХ ШПОНОК

Шпонки имеют более глубокую посадку (рис. 18.2), не перекашиваются под нагрузкой и не требуют ручной пригонки. Их ставят на относительно тонких участках валов (до 38 мм). При длинных ступицах можно ставить в ряд по оси вала две сегментные шпонки.

Расчет на смятие выполняют по формуле:

(18.5)

Рис. 18.2. Соединение сегментной шпонкой

Пример 24. Подобрать сегментную шпонку и проверить ее по напряжениям смятия по следующим исходным данным: диаметр вала d = 30 мм, крутящий момент на валу Т = 200 Н м, материал ступицы – сталь 35. Нагрузка нереверсивная. Шпоночное соединение – основное, посадка – переходная.

Решение

Предел текучести стали 35 = 300 МПа. Допускаемое напряжение смятия [s_см] = 360/2, 1 = 142, 9 МПа (коэффициент запаса s в п. 6.2). Принимаем по диаметру вала шпонку с размерами: ширина b = 8 мм, высота h = 11 мм, глубина паза втулки
t₂ = 3, 3 мм, диаметр шпонки d_ш = 28 мм (табл. 18.2). Длина шпонки l = d_ш = 28 мм.

Таблица 18.2

Шпоночные соединения с сегментными шпонками
(ГОСТ 24071–80), мм

Диаметр вала d	Размеры шпонки	Глубина паза
b	h	d₁	вал	ступица
От 3 до 4	1, 0	1, 4		1, 0	0, 6
Свыше 4 до 5	1, 5	2, 6		2, 0	0, 8
» 5 » 6	2, 0	2, 6		1, 8	1, 0
» 6 » 7	2, 0	3, 7		2, 9	1, 0
» 7 » 8	2, 5	3, 7		2, 7	1, 2
» 8 » 10	3, 0	5, 0		3, 8	1, 4
» 10 » 12	3, 0	6, 5		5, 3	1, 4
» 12 » 14	4, 0	6, 5		5, 0	1, 8
» 14 » 16	4, 0	7, 5		6, 0	1, 8
» 16 » 18	5, 0	6, 5		4, 5	2, 3
» 18 » 20	5, 0	7, 5		5, 5	2, 3
» 20 » 22	5, 0			7, 0	2, 3
» 22 » 25	6, 0			6, 5	2, 8
» 25 » 28	6, 0			7, 5	2, 8
» 28 » 32	8, 0			8, 0	3, 3
» 32 » 38	10, 0			10, 0	3, 3

Рабочие напряжения смятия:

Вывод. Прочность достаточна, так как рабочее напряжение незначительно выше допускаемого (меньше 5%). Принята шпонка 8 11 28 ГОСТ 24071-80.

СМАЗЫВАНИЕ

А. Способ смазывания. Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом (окунанием). Этот способ применяют для зубчатых передач при окружных скоростях от 0, 3 до 12, 5 м/с; для червячных передач с цилиндрическим червяком смазывание окунанием допустимо до скорости скольжения 10 м/с.

Б. Выбор сорта масла. Зависит от значения расчетного контактного напряжения в зубьях σ _н и фактической окружной скорости колес υ . Сорт масла выбирается по табл. 19.1.

Таблица 19.1

Рекомендуемые сорта смазочных масел для передач
(ГОСТ 17479.4 –87)

Передача	Контактные напряжения σ _н, Н/мм²	Окружная скорость зубчатых передач υ , м/с. Скорость скольжения червячных передач υ _s, м/с
до 2	св. 2 до 5	св. 5
Зубчатая	До 600 Св. 600 до 1000 Св. 1000	И –Г –А –68 И –Г –С –100 И –Г –С –150	И –Г –А –46 И –Г –С –68 И –Г –С –100	И –Г –А –32 И –Г –С –46 И –Г –С –68
Червячная	До 200 Св. 200 до 250 Св. 250	И –Т –Д –220 И –Т –Д –460 И –Т –Д –680	И –Т –Д –100 И –Т –Д –220 И –Т –Д –460	И –Т –Д –68 И –Т –Д –100 И –Т –Д –220

Примечание. Обозначение индустриальных масел состоит из четырех знаков, каждый из которых показывает: И – индустриальное; второй – принадлежность к группе по назначению (Г – для гидравлических систем, Т – для тяжело нагруженных узлов); третий – принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам (А – масло без присадок, С – масло с антиокислительными, антикоррозионными и противоизносными присадками, Д – масло с антиокислительными, антикоррозионными, противоизносными и противозадирными присадками); четвертый (число) – класс кинематической вязкости:

Класс вязкости
Кинематическая вязкость при 40°С, мм²/с (сСт)	29...35	41...51	61...75	90...100	135... 165	198...242	414... 506	612...748

В. Определение количества масла. Для одноступенчатых редукторов при смазывании окунанием объем масляной ванны определяют из расчета 0, 4...0, 8 л масла на 1 кВт передаваемой мощности.

Г. Определение уровня масла. В цилиндрических редукторах: при окунании в масляную ванну колеса m ≤ h_м≤ d₂, где
т – модуль зацепления; при нижнем расположении шестерни
h_м = (0, 1...0, 5)d₁, при этом h_min = 2, 2m – аналогично уровню масла при нижнем расположении червяка. Желательно, чтобы уровень масла проходил через центр нижнего тела качения подшипника (шарика или ролика).

В конических редукторах должны быть полностью погружены в масляную ванну зубья конического колеса или шестерни.

В червячных редукторах: при окунании в масляную ванну колеса m ≤ h_м≤ 0, 25d₂, где т – модуль зацепления; при нижнем или боковом расположении червяка h_м = (0, l...0, 5)d₁, при этом
h_м _min = 2, 2m. Желательно, чтобы уровень масла проходил через центр нижнего тела качения подшипника (шарика или ролика). При нижнем расположении червяка или шестерни цилиндрической передачи и высокой частоте вращения для уменьшения тепловыделения и потери мощности уровень масла понижают так, чтобы вывести червяк (шестерню) из масляной ванны. В этом случае для смазывания на червяк (шестерню) устанавливают разбрызгиватели.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
К ЗАЩИТЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

1. Как определялись потребная мощность и частота вращения вала электродвигателя?

2. Как определялось общее передаточное отношение
привода?

3. Как определялся общий КПД привода?

4. Как разбивалось общее передаточное отношение по ступеням привода и редуктора?

5. Какова связь между крутящими моментами тихоходного и быстроходного валов?

6. По каким критериям рассчитывались зубчатая передача, червячная передача, ремённая передача, цепная передача (в зависимости от заданной схемы)? С каким видом отказа детали связан расчёт по каждому из критериев?

7. Почему для шестерни назначена более высокая прочность, чем для колеса?

8. Как принимался класс нагрузки и в каких расчётах он учитывался?

9. Как определялись допускаемые напряжения в зубчатых передачах?

10. По какому циклу изменяются в зубчатых передачах:

– изгибные напряжения,

– контактные напряжения?

11. Что учитывает коэффициент концентрации нагрузки и как он зависит от твёрдости колёс?

12. От чего зависит величина коэффициента динамической нагрузки?

13. По каким нормам регламентируется степень точности изготовления зубчатых колёс?

14. В чём состоит физический смысл коэффициента перекрытия и коэффициента формы зуба?

15. Как влияет наклон зубьев на несущую способность зубчатых передач?

16. Из каких соображений назначается минимальный угол наклона зубьев?

17. Почему ширина цилиндрической шестерни больше ширины колеса?

18. Что такое модуль зацепления, почему он стандартизирован (или нестандартизирован)?

19. Дайте обоснование принятого материала зубчатых колёс. Дайте расшифровку обозначения марки применённых материалов.

20. Какие термические обработки материалов приняты и как это повлияло на механические свойства?

21. Перечислите причины, по которым коническая передача имеет более низкую нагрузочную способность, чем цилиндрическая.

22. В каких интервалах должны находиться числа зубьев червячной передачи?

23. Как изменяется КПД червячной передачи в зависимости от числа заходов червяка и почему?

24. С какой целью в червячной передаче принимают антифрикционные материалы?

25. В чем заключается тепловой расчёт червячного редук-тора?

26. Какую роль для червяка играет его жёсткость?

27. Какие силы возникают в зацеплениях зубчатых и червячных передач?

28. Как влияет угол обхвата на тяговую способность ремённой передачи, и какие его минимальные значения допустимы?

29. Для чего создаётся предварительное натяжение ремней?

30. Почему число звеньев цепи следует принимать чётным?

31. В чём заключается расчёт валов:

– ориентировочный,

– приближённый,

– уточнённый?

32. По каким циклам изменяются нормальные и касательные напряжения в сечениях валов?

33. Почему тихоходный вал имеет больший диаметр, чем быстроходный?

34. Как определялся приведенный момент в расчётном сечении вала?

35. Как выбран тип подшипников и схемы их расположения?

36. Какая опора принята плавающей, фиксированной?

37. Как определяли радиальные нагрузки на подшипники?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машинострои-теля. Т. 1–3. М., 2003.

2. Глухов Б. В., Крашенинников В. В., Потапов В. М. Детали машин. Ч.1. Передачи: учеб. пособие. Новосибирск: Изд. НГПУ, 2012. 271 с.

3. Глухов Б. В., Крашенинников В. В., Потапов В. М.Детали машин. Ч.2. Соединения. Поддерживающие и несущие детали: учеб. пособие. Новосибирск: Изд. НГПУ, 2012. 313 с.

4. Глухов Б. В., Игнатюгин В. Ю. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2010. 183 с.

5. Дунаев П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие. М., 2003. 496 с.

6. Детали машин: учебник / под ред. О. А. Ряховского. М., 2003. 464 с.

7. Курмаз Л. В., Скойбеда А. Т. Деталимашин. Проектирование: учеб. пособие. Минск, 2003. 290 с.

8. Иванов М.Н. Деталимашин: учебник. М., 2006. 408 с.

9. Чернавский С. А., Боков К. Н., Чернин И. М. и др. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. пособие. М., 2005.
416 с.

10. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1991. 432с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 12 13 14 151617 Следующая ⇒