Конструирование вала-шестерни
Общие принципы конструирования деталей машин
При изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования» рассматриваются вопросы выбора материала, способа термообработки, геометрии деталей и точности их изготовления. Конструирование – это процесс создания чертежей механизма или машины на основе проектных и проверочных расчетов. В процессе выполнения расчета деталей рассматривают различные варианты с целью получения оптимальной конструкции с учетом требований экономичности, надежности, технологичности их изготовления. На первом этапе производят проектный расчет, который позволяет определить основные размеры деталей. Проверочный расчет выполняется после окончательного конструирования деталей, с учетом их формы и размеров. Проверочный расчет позволяет определить ресурс работы деталей, выполнить проверку на прочность по допускаемым напряжениям в реальных условиях эксплуатации.
Деталью называют часть машины, изготовленную без применения сборочных операций.
Узлом называют сборочную единицу, состоящую из деталей, имеющих общее функциональное назначение (вал в сборе с подшипниками, вал с зубчатым колесом, муфты, подшипники, и т.д.).
При расчетах и конструировании строго должны соблюдаться стандарты. Это обеспечивает взаимозаменяемость деталей и узлов в машине, облегчает ремонт; кроме того, стандартные детали изготавливаются на специализированных заводах, что повышает их качество и снижает стоимость[4 c. 4-7; с.12].
При выполнении курсового проекта студент выполняет расчет деталей и узлов редуктора; графическая часть состоит из конструирования валов, зубчатых колес или сборочных узлов и может быть выполнена по одному из
4-х вариантов, примеры которых даны в приложении. В зависимости от полученных в результате расчетов размеров деталей чертежи могут быть представлены на листах формата А4 или А3 в масштабе 1:1 или 1:2 и подшиты к расчетно-пояснительной записке. Компоновочный чертеж на миллиметровой бумаге выполняется во всех случаях и в обязательном виде подшивается к расчетно-пояснительной записке.
В соответствии с правилами оформления чертежей на каждом листе должна быть выполнена основная надпись по ГОСТ 2.104-68.
Зубчатые колеса и валы
Конструирование вала-шестерни
Шестерней называют меньшее из двух колес, входящих в зацепление,
в редукторах шестерня является ведущим звеном. Шестерни конструируют
в двух исполнениях: отдельно от вала или за одно целое с валом (вал-шестерня).
При необходимости перемещения шестерни вдоль вала по условиям работы или сборки (например, в коробках передач) шестерню изготавливают отдельно от вала. Раздельное изготовление шестерни и вала снижает точность и увеличивает стоимость производства, поскольку увеличивается число посадочных поверхностей, требующих точной обработки. Кроме этого возникает необходимость применения шпоночного или шлицевого соединения. Шпоночные пазы ступицы и вала ослабляют сечения, требует жестких допусков на симметричность, параллельность граней шпоночного паза и т.д.
В большинстве случаев диаметр впадин зубьев шестерни превышает диаметр вала, поэтому обычно ее изготавливают заодно с валом, и эта деталь называется вал-шестерня. Это позволяет повысить жесткость и снизить стоимость изготовления.
Входной вал одноступенчатого цилиндрического редуктора конструируем в виде вала-шестерни. Для этого необходимо определить некоторые размеры [1, c.65-66].
Ранее, при расчете энергосиловых параметров привода, был определен диаметр входного конца быстроходного вала. Если входной вал редуктора соединяется непосредственно с электродвигателем через муфту, то он должен быть согласован с диаметром вала электродвигателя и со стандартной муфтой ГОСТ 23360-78. Этот диаметр обозначим d, при этом входной конец может быть цилиндрическим или коническим. Цилиндрический конец проще в изготовлении; конический конец обеспечивает более точное соединение, легкую сборку узла и его демонтаж. Конусность концевого участка вала принимают 1:10[1, c.262].
В том случае, когда проектируем конический конец вала (рис.1), то под размером d следует понимать максимальный диаметр конического участка. Определяем длины участков; полученные значения следует округлить до ближайших больших стандартных [1, c .481]:
длина посадочного конца l M = 1,5d;
длина цилиндрического участка l = 0,15d ;
диаметр резьбы d р = 0,9 (d - 0,1 l M);
длина резьбы lр = 1,2 dр .
Рис.1. Конический участок вала с фиксирующей гайкой.
Определяем диаметр следующего участка вала, который предназначен для посадки подшипника dП (рис.2). Для осевой фиксации деталей (полумуфты) диаметр следующего участка должен быть больше на величину заплечиков t.
dП = d + 2tцил(tкон);
Рекомендуемые высоты заплечиков для цилиндрических и конических концов валов, а также размеры фасок приведены в таблице 1 [1, c .47]:
Таблица 1
Размеры элементов валов
d | 17-22 | 24-30 | 32-38 | 40-44 | 45-50 | 52-58 | 60-65 | 67-75 | 80-85 |
tцил | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 4,5 | 4,6 | 5,1 | 5,6 | ||
tкон | 1,5 | 1,8 | 2,0 | 2,3 | 2,3 | 2,5 | 2,7 | 2,7 | 2,7 |
r | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 3,5 | 3,5 | ||||
f | 1,2 | 1,2 | 1,6 | 2,5 | 2,5 |
Примечание: r - координата фаски подшипника; f – размер фаски колеса.
Полученный размер необходимо согласовать с диаметром внутреннего кольца подшипника. В одноступенчатых цилиндрических редукторах принимают однорядные шариковые подшипники легкой или средней серии
(ГОСТ 8338-75 и ГОСТ 7242-81).. Последние две цифры – это посадочный диаметр, деленный на 5. Предыдущая цифра в маркировке подшипника обозначает серию: 1- особо легкая, 2- легкая, 3- средняя.*)
Например, подшипник № 211означает: 2 - легкая серия, внутренний посадочный диаметр dП = 11 ∙ 5 = 55мм. Исходя из этого участок вала под подшипники должен иметь диаметр dП, вычисленный по приведенному выше соотношению, но значение dП необходимо принять кратным 5-ти, то есть последняя цифра в обозначении номера подшипника должна быть 5 или 0
[2, c. 392-394].
Остальные размеры, показанные на рис.2:
длина промежуточного участка lП = 1,4dП ;
b1 , d1 – ширина зубчатого венца и диаметр шестерни;
В – ширина кольца подшипника.
____________________________________________________________________
*) Примечание: Данная маркировка принята для случаев, когда диаметр внутреннего кольца подшипника превышает 17 мм.
Рис.2. Конструирование сборочного узла вала-шестерни с подшипниками
Если проектируем цилиндрический конец входного вала, то фиксирующая гайка отсутствует lр = 0. Длина входного конца вала предварительно вычисляется так же, как длина конического, т.е. l М = 1,5d.
Рис.3. Цилиндрический участок входного вала.
Затем длина участка l M уточняется в зависимости от расчетной длины шпонки, соединяющей вал с муфтой (рис.3).
Расчетная длина шпонки lш вычисляется по формуле [1, c.121]
,
где Т – вращающий момент, Н∙мм;
D – диаметр вала, мм (для конического конца принимают d = dср);
h – высота шпонки, мм; t1 – глубина врезания шпонки в паз вала, мм.
Размеры h и t1 принимаются для стандартной шпонки в зависимости от диаметра вала по таблице 2 [1, c.488];
[σсм] = 110…190 Н/мм2 - допускаемое напряжение смятия для стальных шпонок (например, сталь 45,… Ст.6).
Таблица 2
Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78). Размеры, мм
Диаметр вала d | Сечение шпонки b x h | Глубина паза | Фаска s x 45o | |
Вала t1 | Втулки t2 | |||
12…17 | 5 x 5 | 3,0 | 2,3 | 0,16 - 0,25 |
17…22 | 6 x 6 | 3,5 | 2,8 | |
22…30 | 8 x 7 | 4,0 | 3,3 | |
30…38 | 10 x 8 | 5,0 | 3,3 | 0,25 – 0,40 |
38…44 | 14 x 9 | 5,0 | 3,8 | |
44…50 | 16 x 10 | 5,5 | 4,3 | |
50…58 | 18 x 11 | 6,0 | 4,4 | |
58…65 | 20 x 12 | 7,0 | 4,9 | |
65…75 | 22 x 14 | 7,5 | 5,4 | 0,40 – 0,60 |
75…85 | 25 x 14 | 9,0 | 5,4 |
Примечание: Длину шпонки выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200 …(до 500). Пример условного обозначения шпонок: Шпонка 20 x12 x 90 ГОСТ 23360-78
Окончательно длину участка вала lM с учетом размеров шпоночного паза назначают на 8…10 мм больше, чем lp [1, c.121].
Дата добавления: 2021-06-28; просмотров: 443;