Эскизная компоновка механизма

3.1 Предварительный расчёт валов.

Эскизная компоновка редуктора выполняется в два этапа. На первом этапе выявляется расположение деталей в корпусе; определяются расстояния между деталями, ориентировочные диаметры ступеней валов, месторасположение опор и расстояния между средними плоскостями колес и опорами.

На втором этапе разрабатывается конструкция колес, валов, подшипниковых узлов и корпуса.

Последовательность выполнения первого этапа эскизной компоновки (см. рисунок 4).

По найденному межосевому расстоянию a_w наносим оси валов.

На осях валов вычерчиваем контуры зубчатых колес диаметрами d_a1 и d_a2 и шириной b₁ и b₂.

На расстоянии D = 10 мм от торцов колеса, от окружности вершин зубьев шестерни и окружности вершин зубьев колеса до внутренней стенки корпуса очерчиваем внутренний обвод стенок корпуса.

Определяем диаметры отдельных ступеней валов.

Рассчитаем минимальный диаметр входного вала, используя условие прочности на кручение и назначив допускаемое напряжение =30 МПа; момент в Н×мм:

Рассчитаем минимальный диаметр выходного вала, используя условие прочности на кручение и назначив допускаемое напряжение =40 МПа, момент в Н×мм:

Подберём шлицевое соединение

эвольвентное – из ГОСТ 6033-80 (D=…мм, m=…мм, z=…)

прямобочное – из ГОСТ 1139-80 (D=…мм, d=…мм, z=…, b=…мм, c=… мм)

Выбор подшипников

Диаметры валов под подшипники:

– для быстроходного вала ,

– для тихоходного вала ,

где t – высота буртика вала для упора подшипника.

По полученным значениям диаметров валов под подшипники по ГОСТ 8338-75 выбираем радиальные шариковые подшипники

– для быстроходного вала подшипник 20..: d = 25 мм, D = 52 мм, B = 15 мм, r = 1,5 мм.

– для тихоходного вала подшипник 20..: d = 35 мм, D = 72 мм, B = 17 мм, r = 2,0 мм.

Диаметры буртиков валов для упора подшипников определяем по зависимостям

,

.

Принимаем: , .

Диаметр вала под зубчатым колесом принимаем равным

.

Диаметр буртика d_бк2 для упора зубчатого колеса

,

где h ₁ = 2 f - высота буртика на валу,

f – размер фаски отверстия в ступице колеса (см. п.3.4).

Принимая размер фаски в зависимости от диаметра вала под колесом , получаем

.

Окончательно принимаем .

Рисунок 4 –Эскизная компоновка

3.3 Расчёт шпоночных и шлицевого соединений

Стандартные шпонки подберем по диаметру вала d_ш (из ГОСТ 23360-78) в месте установки по шпонке зубчатого колеса или полумуфты:

- d_ш1 =d_в1 = … мм – шпонка 1,

- d_ш2 = d_к = ….. мм – шпонка 2,

От длины шпонки зависит длина ступицы колеса l _ст (посадочной части колеса на вал (рисунок 5) или полумуфты).

Длина шпонки со скругленными краями

где определяется из условий прочности на срез и смятие, – ширина шпонки.

Рисунок 5 – К определению длины шпонки

Длина ступицы назначается по условию

,

- если ширина венца колеса то принимают

,

- если, ширина венца колеса то принимают конструкцию колеса по рисунку 5, назначая диаметр ступицы

Для шпонки 1 (d _ш1= … мм, b = 5 мм, h = 5 мм, t ₁ = 3 мм, l = 10-56 мм) рассчитаем длину l_р1 из условия прочности на смятие, приняв допускаемое напряжение [σ_см]=100 МПа:

Длина шпонки 1

.

Из стандартного ряда выбираем L₁= 25 мм

Таким образом, для соединения входного вала с полумуфтой применена

шпонка 5х5х25 ГОСТ 23360-78

Для шпонки 2 (d _ш2= … мм, b = … мм, h =.. мм, t ₁ =.. мм, l = 18-90 мм) рассчитаем длину l_р2 из условия прочности на смятие, приняв допускаемое напряжение [σ_см] =100 МПа:

.

Длина шпонки 2

.

Из стандартного ряда выбираем L₂= 40 мм.

Таким образом, для соединения выходного вала с колесом применена

шпонка 8х7х40 ГОСТ 23360-78

Длина ступицы

Ширина венца колеса больше, чем длина ступицы поэтому принимаем

Конструкция колеса упрощается: ступица за венец не выступает.

Шлицевое соединение выходного вала с полумуфтой рассчитывается на смятие.

,

где T₂= Нм,

d_ср=….

z=

h=

l=…мм,

ψ=…..,

Таким образом, для концевого участка выходного вала подобрано шлицевое эвольвентное (прямобочное) соединение с центрированием по наружному диаметру:

,

Наружные шлицы:

Вал:

Рисунок 6 – Конструкция колеса.

Определяем расстояния между центрами подшипников l ₁ и l ₂, а также расстояния между сечениями колес, в которых приложены силы в зацеплении, и центрами подшипников a ₁ и a ₂. Для одноступенчатого редуктора принято симметричное расположение колес в корпусе.

Быстроходный вал:

l ₁ = b₂ + 2·D + B₁ = 50 + 2·10 + 16 = 86 мм (В₁ – ширина подшипника 206);

a ₁ = 0,5· l ₁ = 0,5·86 = 43 мм.

Тихоходный вал:

l ₂ = b₂ + 2·D + B₂ = 50 + 2·10 + 18 = 88 мм (В₂ – ширина подшипника 208);

a ₂ = 0,5· l ₂ = 0,5·88 = 44 мм.

3.4 Конструирование зубчатых колёс

При соотношении диаметров d_{a 1}/ d_В <2 (рисунок 7) шестерню обычно выполняют заодно с валом (см. приложение 1). Получающуюся конструкцию называют валом-шестернёй. Её размеры определены в 3.1: d₁ = … мм; d_a1 =.. мм; d_f1 =.. мм; b₁ = … мм.

Рисунок 7 – Вал-шестерня

Конструкция зубчáтого колеса зависит от его размеров. При диаметре вершин зубьев d_{a 2}<80 мм колесо можно изготавливать в виде плоского диска, а при d_{a 2}=80…200 мм - плоским с выточками (рисунок 8, а), уменьшающими объём механической обработки торцев колеса.

Если d_{a 2}>200 мм колесо выполняют в виде дисков со ступицами (рисунок 8, б).

Размеры зубчатого венца определены в 3.1: d₂ = … мм; d_a2 = … мм; d_f2 =.. мм; b₂ =.. мм. Размеры остальных конструктивных элементов колеса определяются по рекомендациям.

Толщина обода

Толщина диска

Внутренний диаметр обода

где диаметр впадин зубьев колеса.

Диаметр ступицы (диаметр вала d_в = d_к определён в п. 3.2)

а б

Рисунок 8

Длина ступицы l_ст была определена в п. 3.3.

При d_{a 2}>300 мм для удобства транспортировки и уменьшения массы колеса в дисках целесообразно выполнять 4…6 отверстий, имеющих параметры

Фаски на торцах зубчатого венца

Острые кромки на торцах ступицы и углах обода притупляют фасками, размеры (мм) которых принимают

Чтобы обеспечить свободную выемку заготовки колеса из штампа (для штампованных колёс), предусматривают штамповочные уклоны и радиусы закруглений

причём меньшие значения коэффициента – для крупных модулей

Предельные отклонения диаметра по Н7, диаметра по h11, ширины по h12, других обрабатываемых поверхностей: отверстий – по Н14, валов – по h14, остальных - а необрабатываемых поверхностей - Понятия о предельных отклонениях, допусках см. в [3].