Учебное пособие 1366

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Естественно-технический колледж

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Техническая механика» (раздел

«Детали машин») для студентов специальностей 15.02.08 «Технология машиностроения», 15.02.15 «Технология металлообрабатывающего производства», 15.02.10 «Мехатроника и мобильная робототехника» (по отраслям)

очной формы обучения

Часть 2

Воронеж 2018

УДК 531.8: 621.01-23 (07) ББК 30.12 Я 7

Составители: преп. В.М. Елизаров, преп. И.И. Извеков

Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Техническая механика» (раздел «Детали машин») для студентов специальностей 15.02.08 «Технология машиностроения»15.02.15«Технология металлообрабатывающего

университет»; сост.: В.М. Елизаров, И.И. Извеков. Воронеж,

2018. 23 с.

Методические указания содержат основы конструирования вала одноступенчатого редуктора и методику его проверочного расчета на прочность, дана последовательность решения этих задач с необходимыми рекомендациями и справочным материалом, на примере расчета ведомого вала одноступенчатого редуктора. Самостоятельная работа практически закрепляет теоретический материал, изученный по данной теме.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле МУ Ч.2. pdf.

Ил.9. Табл. 3. Библиогр.: 3 назв.

УДК 531.8: 621.01-23 (07) ББК 30.12 Я 7

Рецензент канд. техн. наук, доц. В.А. Рябцев

Издается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета

КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛА ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА

Цель: ознакомление с основами конструирования вала на примере расчета ведомого вала одноступенчатого редуктора

Краткие теоретические сведения Вал – деталь машины, предназначенная для передачи

крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев на валах закреплены зубчатые колеса, шкивы, звездочки, полумуфты и др. Некоторые валы имеют другую специфику, например: гибкие, карданные, торсионные. Валы машин, которые кроме деталей передач несут рабочие органы машины, называются коренными. Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем. Вал, распределяющий механическую энергию по отдельным рабочим машинам, называется трансмиссионным. В отдельных случаях валы могут быть изготовлены как одно целое с цилиндрической или конической шестерней (вал-шестерня) или с червяком (вал-червяк).

По форме геометрической оси валы бывают прямые (рис.1а, б), коленчатые (рис.1в) и гибкие с изменяемой формой оси (Рис.1г). Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения (гладкие и ступенчатые, рис. 1а, б). Ступенчатые валы являются наиболее распространенными. Для уменьшения массы, или для размещения внутри него других деталей, валы иногда делают полыми.

При работе валы испытывают деформации кручения. При уточненных расчетах помимо деформации кручения учитывают также и деформации изгиба.

3

Рис.1

Вал редуктора представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступеней которого зависят от количества и размеров, установленных на вал деталей. Для одноступенчатого редуктора характерные участки ведомого вала с обозначенными на них размерами и деталями изображены на рис. 2.

4

d0 – диаметр участка вала под полумуфту, шкив, звездочку цепной передачи (выходной конец вала);

dуп – диаметр участка вала контактирующего с уплотнением, установленным в крышке подшипникового узла (согласуется с ГОСТом на уплотнение);

dп- диаметр участка вала служащего для установки подшипника (согласуется с ГОСТом подшипника);

dк – диаметр участка вала, где устанавливается колесо (шестерня);

dб – диаметр буртика;

t – размер превышения последующей ступени вала; r – радиус галтели;

f – размер фаски ступицы колеса ( шестерни ).

Рис. 2

Задание Для редуктора заданного варианта привода выполнить:

1.Проектный расчет ведомого вала.

2.Проверочный расчет ведомого вала на прочность (расчет на выносливость).

5

Задача №1

Проектный расчет ведомого вала редуктора

Проектный расчет ставит целью определить ориентировочно геометрию вала. В первую очередь определяют диаметры каждой ступени вала. Длины ступенчатых участков определяют после полной проработки конструкции всего узла, состоящего из: самого вала, установленного на него колеса, распорных втулок (втулки), подшипников, торцовых крышек глухой и с уплотнением со стороны выходного конца вала, служащих защитой подшипников от внешней среды и удержания смазки. Учитывается также установка на вал шкива ременной передачи, звездочки цепной передачи, или муфты и т.п., от чего зависит длина l0 данного участка. Для цилиндрической и червячной передач одноступенчатого редуктора компоновка узла ведомого вала представлена на рис.3, для одноступенчатой конической передачи одноступенчатого редуктора - на рис.4.

Рис. 3

6

Рис. 4

1.1.Определение диаметральных размеров вала

1.1.1.Выбор материала для вала.

Расчет вала выполняется по напряжениям кручения (как при чистом кручении), т.е. при этом не учитывают напряжения изгиба, концентрацию напряжений и изменения напряжений во времени (циклы напряжений). Поэтому, для компенсации приближенности этого метода расчета, допускаемые напряжения на кручение принимают заниженными.

Исходя из справочных рекомендаций, для вала принять наиболее распространенную среднеуглеродистую сталь марки Сталь 45, для которой предел прочности σв = 600 МПа, предел текучести σт = 320 МПа, предел выносливости σ-1 = 260 Мпа.

[τ]к = 10…20 Н/ мм2.

7

Ступень вала под полумуфту или под элемент открытой передачи (для шкива ременной или звездочки цепной).

1.1.3. Определить диаметр выходного конца вала по формуле

d0 = √ (мм), где Т2, Нм - вращающий момент на ведомом

валу редуктора (взять из задачи №1[4]). Полученное значение диаметра необходимо округлить до значения размера отверстия в муфте под вал (см. соответствующий ГОСТ на муфту, [2], стр.400-409). Тип муфты указан в спецификации схемы заданного варианта привода. На данной ступени предусматривается шпоночный паз для врезной призматической шпонки.

Ступень вала, контактирующая с уплотнением, расположенным в крышке подшипникового узла с отверстием.

1.1.4. Определить диаметр ступени по формуле dуп =d0 + 2t (мм), (значение «t» определить в зависимости от диаметра предыдущей ступени вала по таблице 1). Значение диаметра согласовать с размером отверстия в уплотнении для вала (см. ГОСТ 8752-79 «Манжеты резиновые армированные», [2],стр.398399).

Таблица 1

Ступень вала под установку подшипника.

1.1.5. Определить диаметр ступени по формуле dп = dуп + 2t (мм), (значение «t» взять из таблицы 1). Полученное значение диаметра округлить до ближайшего большего значения диаметра «d» внутреннего кольца подшипника, предварительно наметив тип подшипника, например: «Роликоподшипник конический однорядный» (см. ГОСТ 333-79, [2], стр.414-416), приняв из легкой серии обозначение (номер) подшипника и его размеры

d * D * Tmax , где d- диаметр подшипника под вал, D- диаметр наружного кольца, Tmax- осевой размер подшипника. На вал

устанавливаются подшипники только одного типоразмера. Информацию о выбранном подшипнике, к примеру, необходимо записать в следующем порядке: на вал устанавливаются роликоподшипники конические однорядные № 7208 легкой серии с размерами: d*D*Tmax = 40*90*25,5 мм.

Примечание. Иногда совмещают ступень вала под подшипник со ступенью под уплотнение, принимая значение диаметра участка под уплотнение, равным диаметру под подшипник. При этом желательно предусмотреть возможность установки на вал подшипника, не вынимая из паза призматическую шпонку на его концевом участке.

В этом случае диаметр под подшипник необходимо определить по формуле dп = d0 + 2t2 + 0,5 (мм), где t2 - глубина паза в ступице шкива, звездочки или колеса, устанавливаемых на выходном конце вала диаметром d0.

(Значение «t2» берется из ГОСТа 23360-78 « Шпоночные соединения с призматическими шпонками » в зависимости от значения d0, см. [2], стр.427-428).

Ступень вала под колесом.

1.1.6. Определить диаметр ступени по формуле dк = dп + 3,2r (мм), (значение «r» принять по таблице 1 в зависимости от значения диаметра dп). Значение диаметра «dк» округлить по ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» (см. [2],

стр.312-313).

9

На данном участке предусматривается шпоночный паз для врезной призматической шпонки, поперечные размеры которого определяются в проверочном расчете (см. задачу №2).

Примечание. Шпоночные пазы на различных участках вала рекомендуется располагать в одной плоскости. Ширину шпоночного паза «b», для удобства обработки, на разных участках можно принимать одинаковой, ориентируясь на наименьшее значение.

Ступень вала - буртик упорный.

1.1.7. Определить диаметр буртика по формуле: dб = dк + 3f (мм), (значение «f» определить по таблице 1 в зависимости от значения диаметра dк ). Значение диаметра dб округлить по ГОСТ 6636-69 (см. [2], стр.427-428).

Буртик предотвращает смещение колеса вдоль оси вала только в одну сторону.

Диаметр участка между буртиком и участком под второй подшипник принять равным диаметру вала под колесом.

После определения диаметральных размеров участков представить эскиз проектируемого вала. На эскизе указать значения диаметров запроектированных участков. Пример эскиза ведомого вала для цилиндрической и червячной передач дан на рис. 5, для конической передачи – на рис. 6.

Рис. 5

10