Конструирование вала исполнительного механизма

Разработка чертежа вала исполнительного механизма (цепного или ленточного конвейера) в стадии технического проекта выполняется на основе разработанного чертежа общего вида (раздел 5, конструирование тихоходных валов).

Стадии проектирования вала исполнительного механизмаприведены ниже.

1. На первом этапе (рис.10.1) по формуле

,

где – крутящий момент, Н∙м; – допускаемое напряжение на кручение, Н/мм², рассчитывается значение диаметра выходного конца вала. Полученное в результате расчета значение приводится к ближайшему большему стандартному (см. Приложение 2, табл. 2,3).

Проектный расчет производится только на кручение, а для компенсаций неизвестных на этот момент напряжений изгиба и других неучтенных факторов принимают значительно пониженные значения допускаемых напряжений кручения ( = (15–20) МПа).

По стандартному значению диаметра вала выбирается и вычерчивается стандартный конец вала (Приложение 2, табл. 2,3).

2. Далее по значению диаметра вала выбирается и устанавливается шпонка (см. Приложение 2, табл. 4) (рис.10.2). В сечении А-А рядом с размером ширины шпонки b (в примере на рис. 10.2 b =10 мм) указывается обозначение посадки шпонки в паз вала. Рассчитывается и проставляется размер, в примере равный 36,3 мм.

Рис. 10.2. Выполнение шпонки на конце вала

3. На этом этапе (рис.10.3) выбирается подшипник 2 (для вала исполнительного механизма – шариковый радиальный двух-рядный сферический), проставля-ются размер его установки l=l ₂относительно середины шпонки и диаметр d₃. Назначается посадка на внутреннее кольцо подшип-ника, устанавливается способ его крепления слева. В качестве этого крепления принято кольцо пружинное упорное 1 по ГОСТ 13942-86. По конструктивным соображениям возможна установка промежуточной ступени диаметром d ₂ между концом вала и ступенью под подшипник.

Рис. 10.4. Установка корпуса подшипника, крышки и манжетных уплотнений

4. На этом этапе подбирается корпус подшипника 1, крышки 2 подшип-ника и манжетные уплотнения 3 (рис.10.4)(см. Приложение 2). Корпус под-шипника выбирается по диаметру D наружного кольца подшипника. Правая крышка подшипника подбирается также по диаметру D. Левая крышка выбирается как и правая по тому же диаметру D мм, но другому размеру вала, соответственно равному диаметру ступени вала, на который крышка устанавливается. Подбирается уплотнение – манжета. Для регулировки положения и уплотнения крышек устанавливаются прокладки 4, а для фиксации вала в осевом направлении в опоре – кольца 5.

На рис. 10.5 показан вариант конструктивного решения левой опоры вала. Вместо стопорного кольца здесь применена распорная втулка 1, которая правым торцем упирается во внутреннее кольцо подшипника, а левым – в торец полу-муфты 2, закрепленной на валу с помощью концевой шайбы.

Рис. 10.5. Вариант конструктивного решения левой опоры вала

с распорной втулкой

5. Далее конструируется барабан. Он состоит из обода, на который надевается лента, ступицы (ступиц) для установки барабана на вал и диска или спиц, с помощью которых обод и ступица собираются в одно целое. На
рис. 10.6–10.8 приведены различные конструкции барабана и варианты конструирования ступиц.

Рис. 10.6. Конструирование ступени под ступицу при нешироком барабане

Конструкции барабана такая же, как у шкива ременной передачи (только ширина барабана больше, чем у шкива), и в процессе разработки барабана используют те же рекомендации (приведенные ниже), что и при конструировании шкивов ременных передач:

а) конструкция барабана зависит от его размеров, материала и условий работы;

б) наибольшее распространение получили барабаны литые из чугуна марки СЧ 20 (т.к. окружная скорость барабанов обычно менее 30 м/с, нет опасности разрыва от действия центробежных сил). В ряде случаев по условиям режима эксплуатации барабаны изготавливают из легких сплавов, из пластмасс или сварными из стали. При одинаковой прочности толщина почти всех элементов сварной конструкции меньше, чем литой чугунной, что позволяет облегчить конструкцию;

Обод сваривают из стального листа или выполняют из труб, последнее весомо упрощает изготовление, так как позволяет использовать готовую стандартную трубу (при этом трубу выбирают с учетом припуска на обработку обода по наружному диаметру);

в) барабаны малых диаметров (до 350 мм) выполняют сплошными или с отверстиями, а барабаны больших диаметров для уменьшения массы и удобства крепления – со спицами.

г) обод барабана имеет цилиндрическую поверхность. Для предотвращения сбегания ленты с барабана его внешнюю поверхность выполняют выпуклой или с двумя конусами (табл. 10.1);

Таблица 10.1

Величина выпуклостей h внешней поверхности обода

д) возможны конструкции барабана с одной удлиненной (рис.10.6) или двумя ступицами (рис. 10.8). Конструкция с одной удлиненной ступицей более технологична, но её использование возможно только при нешироких барабанах, т.е. когда ширина барабана меньше его длины(В_б < D_б).

е) последовательность изготовления барабана в общем случае сле-дующая: к ступицам барабана приваривают диски и спицы, закрепляют ступицы на валу, надевают завальцованный обод, стягивают его на дисках и заваривают продольные швы, сваривают обод с дисками (можно только одним наружным швом) и спицами, устанавливают барабан на станок по центрам вала и обрабатывают наружную поверхность барабана.

ж) основные размеры барабана показаны на рис. 10.9. При конструировании барабана рекомендуется использовать следующие соотношения:

наружный диаметр ступицы

D_ст ≥ 1,6 d,(10.1)

где d – диаметр вала под ступицу;

толщина

δ _о = 0,02(D_б + В), (10.2)

где D_б – диаметр барабана, мм; В – ширина барабана, мм;

толщина

δ ≈ (0.9…0.8) δ_о (10.3)

толщина

δ ₁ = (D_ст - d)/2. (10.4)

Если δ ₁ / δ >2, то δ ₂ = 1,5 δ и h ≥ 4(δ ₂ - δ); (10.5)

если δ ₁ / δ ≤ 2, то δ ₂ = δ, (10.6)

и в этом случае наклонный участок высотой h не делают, а переход выполня-

ется радиусом

R ≈ 0,5 δ. (10.7)

Толщины элементов в сварной конструкции рассчитываются по выше

приведенным формулам с введением поправочного коэффициента

δ = 0,8 δ; (10.8)

δ _о = 0,8 δ _о;(10.9)

δ ₁= δ ₁ (10.10)

δ ₂ = δ. (10.11)

Рис. 10.9. Установка барабана на вал