книги / Детали машин и основы конструирования

8.Какие нагрузки учитываются при расчете валов?

9.По каким напряжениям рассчитывают на прочность валы?

10.Какова цель проектного расчета, как он производится? Почему при проектном расчете валов занижают допускаемые напряжения?

11.Какой диаметр определяется при проектировочном расчете валов? По какой формуле?

12.От чего зависят диаметры и длины участков ступенчато-

го вала?

13.Почему проектировочный расчет диаметров вала является предварительным расчетом?

Пример выполнения задания

4. Конструирование валов редуктора 4.1. Определим диаметры ступеней быстроходного вала

редуктора:

4.1.1. Диаметр вала под шкив ременной передачи

где Т2 – вращающий момент на быстроходном валу редуктора, кН·м; [τК ] – допускаемые касательные напряжения при кручении бы-

строходного вала, МПа, [τК ] = 15.

41

Увеличиваем диаметр вала под паз шпоночной канавки и округляем до ближайшего большего по ряду нормальных линейных размеров (см. прил. 2):

d1 = 48(1,05…1,08) = 50,4…51,84 ≈53 мм. 4.1.2. Диаметры вала под установку подшипников:

d2 = d4 = d1 + 2t = 53 + 2 · 4,2 = 61,4 мм,

где t – высота буртика под установку шкива ременной передачи

(см. прил. 5).

Округляем диаметры d2, d4 до ближайшего большего стандартного диаметра внутреннего кольца подшипника, по ГОСТ 8338–75 (см. прил. 6).

d2 = d4 = 65 мм. 4.1.3. Диаметр вала под шестерню

d3 = d2 + 3,2r = 65 + 3,2 · 3,5 = 76,2 ≈80 мм,

где r – величина фаски под установку подшипника (см. прил. 5). Округляем до ближайшего большего по ряду нормальных

линейных размеров (см. прил. 2).

4.2. Определим значения длины ступеней быстроходного вала редуктора.

4.2.1. Длина консольной части вала под шкив ременной передачи:

l1 = (1,2...1,5)d1 = (1,2...1,5)53 = 63,6…79,5.

Принимаем l1 = 64 мм.

4.2.2. Длина участка вала под уплотнение крышки и подшипник

l2 ≈ 1,5d2 = 1,5 · 65 = 97,5 ≈98 мм.

42

4.2.3.Длина участка вала под шестерню l3 будет определена графически на эскизной компоновке.

4.2.4.Длина участка вала под подшипник l4 будет определена при выборе подшипника (см. подразд. 5.1).

4.3. Определим диаметры ступеней тихоходного вала редуктора:

4.3.1. Диаметр вала под полумуфту:

где Т3 – вращающий момент на тихоходном валу редуктора, кН·м; [τК ] – допускаемые касательные напряжения при кручении ти-

хоходного вала, [τК ] = 20 МПа.

Округляем диаметр d1 до ближайшего большего стандартного диаметра под полумуфту: d1 = 75 мм(см. прил. 7).

4.3.2. Диаметры вала под подшипники:

d2 = d4 = d1 + 2t = 75 + 2·5,2 = 85,4 мм.

43

Округляем диаметры d2, d4 до ближайшего большего стандартного диаметра внутреннего кольца подшипника, по ГОСТ 8338–75 (см. прил. 6): d2 = d4 = 90 мм.

4.3.3. Диаметр вала под колесо:

d3 = d2 + 3,2r = 90 +3,2·4,0 = 102,8 ≈ 105 мм,

где r – величина фаски под установку подшипника (см. прил. 5). Округляем до ближайшего большего по ряду нормальных

линейных размеров (см. прил. 2).

4.4. Определим значения длины ступеней тихоходного вала редуктора.

4.4.1.Длина консольной части вала под полумуфту l1 будет определена после выбора муфты (см. подразд. 5.2).

4.4.2.Длина участка вала под уплотнение крышки и под-

шипник

l2 ≈ 1,25d2 = 1,25 ·90 = 112,5 ≈ 113 мм.

4.4.3.Длина участка вала под колесо l3 будет определена графически на эскизной компоновке.

4.4.4.Длина участка вала под подшипник l4 будет определена после выбора подшипника (см. подразд. 5.1).

44

5.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ДЕТАЛЕЙ

ИУЗЛОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ВРАЩЕНИЕ5

Задание

Осуществить предварительный выбор подшипников, муфты, шпонок. Уточнить основные размеры ступеней валов.

Краткие теоретические сведения

Подшипники

Подшипники качения являются опорами, поддерживающими валы и обеспечивающими их свободное вращение на основе трения качения.

Подшипник качения (рис. 5.1) представляет собой узел, основными элементами которого являются тела качения 1 – шарики или ролики, установленные между наружным 2 и внутренним 3 кольцами и удерживаемые на расстояниидругот другасепаратором4.

Внутреннее кольцо подшипника насаживается на вал с натягом [1, гл. 5]. При работе подшипника тела качения катятся по

желобам колец – дорожкам качения. Одно из колец подшипника (как правило, наружное) неподвижно. Сепаратор разделяет, направляет и удерживает тела качения, не позволяя им скользить по поверхности друг друга.

Подшипники качения стандартизованы и широко распространены во всех отраслях машиностроения, благодаря сравнительно малой стоимости и высокому КПД. К недостаткам подшипников качения можно отнести чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам, шум и низкую долговечность при высоких скоростях.

5 Ханов А.М., Сиротенко Л.Д. Детали машин и основы конструирования: учеб. пособие. Пермь: Изд-воПГТУ, 2010. 269 с. (гл. 6, подразд. 17.1, 19.1–19.4).

45

Подшипники качения отличаются большим конструктивным разнообразием в зависимости от формы тел качения, направления воспринимаемой нагрузки, габаритных размеров и др.

По форме тел качения (рис. 5.2) подшипники подразделяются на шариковые (см. рис. 5.2, а), роликовые с цилиндрическими (см. рис. 5.2, б), коническими (см. рис. 5.2, в), бочкообразными (см. рис. 5.2, г), игольчатыми (см. рис. 5.2, д), витыми (см. рис. 5.2, е) роликами и др.

Рис. 5.2. Наиболее распространенные тела качения подшипников

По направлению действия воспринимаемой нагрузки различают подшипники:

•радиальные, воспринимающие только радиальную нагрузку (к ним, например, относятся роликовые цилиндрические, игольчатые и винтовые);

•радиально-упорные, предназначенные для радиальной нагрузки, но способные воспринимать осевую (например, шариковый радиальный однорядный);

•упорно-радиальные, воспринимающие комбинированные нагрузки от совместно действующих радиальной и осевой сил (например, роликовый конический);

•упорные, воспринимающие только осевую нагрузку (например, шариковый упорный).

Деление подшипников по направлению действия воспринимаемой нагрузки достаточно условно. Так, шариковый радиальный однорядный подшипник успешно работает как при комбинированной нагрузке, так и при чисто осевой.

По габаритным размерам подшипники разделяют на серии. При одном и том же внутреннем диаметре, в зависимости от размера тел качения и величины наружного кольца, под-

46

шипники подразделяются на сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние и тяжелые.

Взависимости от ширины колец подшипники при одном и том же внутреннем диаметре подразделяются на особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

Точность размеров и формы деталей подшипников регламентируется классом точности.

Наибольшее распространение в машиностроении получили шариковые радиальные однорядные подшипники. Они наиболее быстроходны, дешевы в изготовлении и обслуживании. Данные подшипники предназначены для восприятия радиальных нагрузок, однако могут воспринимать и двухсторонние осевые нагрузки до 70 % от неиспользованной радиальной. Они способны работать при перекосе колец до 15'.

Вцилиндрических редукторах также применяются роликовые подшипники. Роликоподшипники работают при меньших скоростях, но их грузоподъемность в 1,5–1,7 раза выше. Роликовый радиальный подшипник с цилиндрическими роликами предназначен для восприятия значительных радиальных нагрузок, однако в нем допускается осевое смещение колец, поэтому он может использоваться, когда требуется обеспечить осевое перемещение вала.

Роликовый подшипник с коническими роликами удобен в сборке, воспринимает радиальную и одностороннюю осевую нагрузку при скоростях до 15 м/с, однако обладает большой чувствительностью к относительному перекосу осей вала и корпуса.

Предварительный выбор подшипников осуществляется по рекомендациям в ходе проектирования валов. После окончательной компоновки механизма привода выбранные подшипники проверяются на работоспособность по обеспечению заданной долговечности. По результатам проверки предварительный выбор подшипников корректируется.

47

Муфты

Для обеспечения кинематической и силовой связи привода с рабочей машиной на конце тихоходного вала редуктора устанавливается муфта. Муфтой называют устройство для соединения концов валов отдельных узлов и механизмов. Основное назначение муфты – передавать вращающий момент без изменения его величины и направления. Некоторые типы муфт дополнительно могут поглощать вибрации и толчки, компенсировать неточности монтажа узлов механизма, предохранять механизм от нежелательных условий эксплуатации, производить соединение и разъединение узлов механизма без останова двигателя и др. Многообразие требований, предъявляемых к муфтам, обусловило создание большого количества их конструкций.

Для соединения редуктора с конвейером обычно используются нерасцепные (т.е. обеспечивающие постоянное соединение валов) компенсирующие муфты. Конструкция компенсирующих муфт позволяет снизить влияние на валы нагрузок, вызванных неточностью изготовления и монтажа деталей и узлов механизма, смещением и деформацией валов при передаче нагрузки.

Компенсирующиемуфтыподразделяют на жесткиеи упругие. Жесткие компенсирующие муфты компенсируют смещение

валов за счет взаимной подвижности деталей муфты.

Упругие муфты, благодаря наличию в их конструкции упругих элементов (стальных, резиновых или пластмассовых), способны не только компенсировать небольшие смещения, но также сглаживать динамические нагрузки (толчки, удары, вибрацию).

Из большого количества конструкций жестких компенсирующих муфт наиболее распространены зубчатые (рис. 5.3, а) и цепные (рис. 5.3, б) муфты, обладающие высокой несущей способностью при небольших габаритах.

Из упругих муфт, смягчающих динамические нагрузки при пуске и останове механизма, наиболее часто применяют втулоч- но-пальцевую (рис. 5.3, в) и муфту с торообразной оболочкой

(рис. 5.3, г).

48

Рис. 5.3. Муфты компенсирующие

Широкое применение муфт вызвало необходимость их стандартизации. Основные типы муфт регламентированы стандартом для определенного диапазона диаметров валов и рассчитаны на передачу определенного крутящего момента.

Выбор муфты определяется:

а) назначением муфты по условиям эксплуатации; б) передаваемым крутящим моментом Т с учетом условий

нагружения;

в) диаметром соединяемых валов d (для одного крутящего момента предусмотрен диапазон диаметров, что позволяет соединять валы с разными поперечными размерами).

Шпонки

Для крепления на валу полумуфт, колес, шкивов и других деталей используют, как правило, шпоночное соединение в сочетании с натягом.

Шпоночное соединение осуществляется при помощи вспомогательной детали – шпонки, устанавливаемой в пазах между валом и ступицей (рис. 5.4). Основной ее функцией является передача вращающего момента от вала к ступице или наоборот.

Шпоночные соединения отличаются простотой, надежностью, низкой стоимостью, удобством сборки-разборки. К недостаткам относится ослабление вала и ступицы шпоночными пазами, повышенные требования к точности изготовления и отсутствие фиксации детали в осевом направлении.

49