По результатам контрольных заданий №1 и №2 выполнить расчет и разработать конструкцию ведущего и ведомого вала редуктора.
Пример расчета
Рассчитать валы одноступенчатого цилиндрического редуктора, входящего в состав приводной станции, если на этих валах действуют крутящие моменты: Т1 = 137 Н·м; Т2 = 526 Н·м.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАЛОВ
Цапфы – участки вала или оси, лежащие в опорах. Они подразделяются на шипы, шейки и пяты.
Шипом называется цапфа, расположенная на конце вала или оси и передающая преимущественно радиальную нагрузку.
Шейкой называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси.
Пятой называют цапфу, передающую только осевую нагрузку. Опорами для пят служат подпятники.
Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и коническими. Диаметры посадочных поверхностей выбирают из ряда нормальных линейных размеров, а диаметры под подшипники качения - в соответствии с ГОСТами на подшипники.
Переходные участки между двумя ступенями валов выполняют:
- с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга. Канавки повышают концентрацию напряжений;
- с галтелью постоянного или переменного радиуса, которая способствует снижению концентрации напряжений, а потому применяется на сильно нагруженных участках валов или осей.
Для осевого фиксирования деталей (подшипников, зубчатых колес и др.) на валах выполняют упорные буртики или заплечики.
Фиксирование в окружном направлении насаживаемых деталей на валу часто осуществляют соединением с натягом (за счет сил трения).В таких соединениях диаметр подступичной части вала увеличивают на 5…10% против соседних участков для снижения напряжений в зонах концентрации.
При средних значениях вращающего момента и менее высоких требованиях к точности центрирования применяют шпоночные соединения, а при высоких вращающих моментах и повышенных требованиях центрирования применяют шлицевые соединения.
Технические требования на изготовление валов зависят от требований к конструкции. Наиболее высокие требования по точности и шероховатости предъявляются к шейкам валов, на которых устанавливают подшипники качения.
Целью расчета является определение диаметра отдельных участков валов по пониженному допускаемому напряжению кручения [τкр] = 20...25 МПа, без учета влияния напряжений изгиба.
*Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник. – М.: Машиностроение, 1975. 572 с.
2. Расчет ведомого вала редуктора.
Определим диаметр выходного конца вала:
.
По ряду Ra 40 принимаем dв2 = 50 мм.
Диаметр вала под подшипником
Принимаем dп2 = 55 мм.
Диаметр вала под колесом
Принимаем dк2 = 65 мм.
Диаметр буртика за колесом
Принимаем dб2 = 72 мм.
По этим данным разрабатываем конструкцию ведомого вала.
3. Подобрать шпонки для крепления зубчатых колес и шкивов.
Длину шпонки принимать на 5мм меньше длины ступицы колеса или шкива.
4. Вычертить валы с указанием размеров и посадок.
4.1 Выбор посадок
Образование различных посадок связано с понятиями: посадки в системе отверстия и посадки в системе вала. Посадки в системе отверстия − это посадки, в которых различные зазоры или натяг получают соединением валов ( например, g ,m, p, r,k и др.) с основным отверстием Н.
Посадки в системе вала − это посадки, в которых различные зазоры или натяги получают соединением различных отверстий ( например, Н,R ,N и др.) с основным валом h.
В системе отверстия предельные отклонения отверстия для всех посадок одинаковы, а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений валов.
В системе вала , наоборот , предельные отклонения вала для всех посадок одинаковые а различные посадки достигаются изменением предельных отклонений отверстий.
Наиболее распространена система отверстия, так как при работе по этой системе на производстве образуется меньше различные по размерам отверстий, а следовательно, потребуется меньше различных режущих инструментов для обработки отверстий (сверл, зенкеров, протяжек), калибров, оправок для приспособлений. Обработка валов с разными размерами проще: например, на одном токарном или шлифовальном станке можно получить разные значения размеров вала.
Чтобы уменьшить на производстве количество типоразмеров изготавливаемых деталей и упростить производство выделены предпочтительные посадки. Предпочтительные посадки согласованы с рекомендациями ИСО и распространены во многих странах. На эти поля посадок в основном ориентируются организации специализированного производства размерных инструментов и калибров.
Таблица 6.1−Рекомендуемые посадки в системе отверстия при номинальных размерах 1…500 мм. Выделенные посадки наиболее предпочтительны.
Основные
отверстия
Основные отклонения валов
d
е
f
g
h
js
к
m
n
р
r
s
Посадки с зазором
Переходные посадки
посадки с натягом
Н5
Н5
g 4
Н5h 4
Н5
Js 4
Н5
к 4
Н5
m4
Н5n4
Н6
Н6
f6
Н6
g 5
Н6h 5
Н6
Js 5
Н6
к 5
Н6
m5
Н6n5
Н6
р5
Н6r5
Н6s 5
Н7
Н7d8
Н7
е8
Н7
f7
Н7
g 6
Н7h 6
Н7
Js 6
Н7
к 6
Н7
m6
Н7n6
Н7
р 6
Н7r6
Н7s 6
Н8
Н8d8
Н8
е8
Н8
f6
Н8Н6
F7 f8
Н8
Js 7
Н8
к 7
Н8
m7
Н8n7
Н8s 7
Н9
Н9
d9
Н9е8
Н9
f8
Н9h 8
Н10
Н10
d 10
Н10h 10
Н11
Н11
d11
Н11h 11
Н12
Н12 h 12
Таблица 6.2−Рекомендуемые посадки в системе вала при номинальных размерах 1…500 мм. Выделенные посадки наиболее предпочтительны.
Основной вал
Основные отклонения отверстий
E
F
G
H
Is
K
M
N
P
Посадки с зазором
Посадки переходные
Посадки с натягом
h 6
E 8
h 6
F 8
h 6
G 7
h 6
H 7
h 6
Is 7
h 6
K 7
h 6
M 7
h 6
N 7
h 6
P 7
h 6
h 7
E8
h 7
F8
h 7
H8
h 7
Is8
h 7
K8
h 7
M8
h 7
N8
h 7
h 8
E8
h 8
F8
h 8
H8
h 8
h 9
E9
h 9
F9
h 9
H9
h 9
h 10
H10
h 10
h 11
H11
h 11
h 12
H12
h 12
4.2 Примеры использования посадок
Посадки с зазаром
Посадка Н7/е8 применяется для соединений с большим зазором, в которых одна деталь должна перемещаться
относительно другой. например, при неточных сборках, перекосах, большой ширине подшипников, при посадке распорных втулок на валы, а также, когда при нагревании внутренняя деталь расширяется больше наружной.
Посадка Н7/f7 обеспечивает точное центрирование вала и сопрягаемой детали при вращении в противоположных направлениях. Обеспечивает относительно легкое перемещение одной детали в другой и достаточно точное центрирование при длинных ступицах (l/d ≥1,5). Эта посадка типична для подшипников скольженя со смазкой, зубчатых колес коробок передач, перемещаемых в осевом направлении,распорных направляющих втулок, зубчатых колес, свободно вращающихся на валах.
Посадка Н7/g6 обеспечивает подвижное соединение с высокой точностью центрирования в случае когда требуется не только постоянное вращательное движение с умеренной скоростью, но поступательное перемещение. Используется в подвижных соединениях, требующих герметичности. Применяется для посадки зубчатых колес на шлицевые валы.
Посадки Н7/ h6 применяется при необходимости высокой точности к соединениям деталей, для соединений с продольным перемещением без вращения. в соединениях вала с часто снимаемыми деталями. Например, посадка сменных колес, муфт на валы, посадки стаканов под подшипники качения в корпус, распорные кольца, сальники и крышки подшипников, звездочки, шкив, барабаны, маховики.
Посадка Н8/е8 применяется в тех же случаях, что и посадка Н7/е8, но при более низкой точности центрирования и больших зазорах в соединении.
Посадка Н8/h8 применяется в тех же случаях что и посадка Н7/h6 , но с более грубыми допусками. Соединение позволяет легкое перемещение без перекосов детали.
Посадка Н9/ h8, Н9/ h9 применяется для неподвижно закрепляемых деталей при невысоких требованиях к точности машин при небольшой перегрузке и для обеспечения быстрой сборки, например, для посадок навал зубчатых колес, шкивов, звездочек, соединяемых с валом на шпонке.
Посадка Н11/h11 применяется при установке роликов на осях в грубых механизмах. Так как допуски деталей больше, вероятность зазора , близкого к нулю, незначительна.
Переходные посадки
Они обеспечивают в сопряжениях зазоры и натяги Предназначены для получения подвижных разъемных соединений деталей машин, но требуют обязательного дополнительного крепления их винтами, болтами, штифтами, шпонками и др. К числу этих посадок из предпочтительного ряда относятся:
Н7/ Js 6; Н7/к6; Н7/ n6
Примеры использования переходных посадок
Посадка Н7/ Js 6 применяется легко разбираемых соединений (например, зубчатых колес на валпх передач, в том числе муфт, шкивов, установочных колец при спокойных нагрузках и отсутствии вибрации. Детали должны предохранены от проворачивания и сдвига.
Посадка Н7/к6 применяется в тех случаях, когда не требуется частой сборки и разборки сопряженных деталей. Посадка обеспечивает хорошее центрирование и удовлетворительные условия работы. При этом требуется крепление, препятствующее проворачиванию и осевому сдвигу. Сборка проводится под прессом или ударами молотка , разборка − с помощью съемников. Например, посадки на шпонках зубчатых колес на валы , венцов зубчатых колес, муфт, звездочек , барабанов, стаканов подшипниковых гнезд. и др.
Посадка Н7/n6 создает сравнительно прочное соединение, Применяется при необходимости точного центрирования деталей, особенно при ударных нагрузках и вибрациях. В данном случае требуется дополнительное крепление, препятствующее проворачиванию и осевому смещению, сборка проводится под прессом. Например, посадки на валах конических и червячных колес, бронзовых венцов на центры червячных колес, постоянных втулок в подшипниках и зубчатых колесах, сильно нагруженных зубчатых колес на валах, рабочих приводных шкивов, дисков соединительных муфт, кулачковых муфт на валах.
Посадки с натягом.
Они предназначены, как правило, для получения неразъемных соединений. Эти посадки обеспечивают неподвижность соединений за счет гарантированных натягов без применения дополнительных крепежных средств. В предпочтительный ряд входят посадки :