6 Расчет соединения вал-ступица выходного вала

На этапе эскизной компоновки было определено, что соединение червячного колеса с валом осуществляется с помощью шпонки, поэтому на этом этапе необходимо решить задачу выбора шпонки с такими параметрами, которые обеспечивали бы работоспособность соединения.

В редукторах наиболее широкое применение находят призматические шпонки как с округленными, так и с плоскими торцами. По условиям установки предпочтение отдают шпонкам со скругленными торцами. Боковые грани призматических шпонок являются рабочими. Ширину В и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t₁ и в ступице t₂ выбирают стандартными в зависимости от диаметра вала под колесомd_к по табл. 48 [4].

Расчетная (рабочая) длина шпонки ℓ_р определяется расчетом по напряжению смятия [σ]_см или выбирается в зависимости от длины ступицы (ширины зубчатого колеса). Обычно полная стандартная длина шпонки ℓ на 5…10 мм меньше длины ступицы.

6.1 Расчетная схема. Исходные данные

Р асчетная схема шпоночного соединения представлена на рис. 12.

Т₂

Рис.12 Расчетная схема шпоночного соединения

Исходные данные:

вращающий момент на выходном валу Т₂ = 954,2 Н∙м;

диаметр участка вала для установки колеса d_к = 85,5мм;

ширина зубчатого колеса в₂ = 71 мм;

материал ступицы (колеса) – сталь 45.

6.2 Выбор и расчет основных параметров шпонки

Для передачи вращающего момента Т₂ = 954,2 Н∙м от зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку со скругленными торцами (рис.13).

Рис. 13

По таблице 48 [4] для d_к = 85,5 мм находим: в = 25 мм, h = 14 мм,

t₁ = 9 мм, t₂ = 5,4 мм, ℓ = в₂ – (5…10)мм = 71 - (5…10) = (66…61) мм.

Из ряда стандартных длин (таблица48 [ ]) выбираем ℓ = 63 мм. Расчетная длина шпонки

ℓ_р = ℓ - в = 63 – 25 = 38 мм.

Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность:

на смятие рабочих граней шпонки по условию

σ_см = [σ_см],

σ_см = Н/мм²,

где [σ_см ] = (110…190) Н/мм² – для стальных ступиц.

Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как

σ_см = 117,5 Н/мм² < [σ]_см = 150 Н/мм² (по среднему значению);

на срез шпонки по условию

τ_ср = [τ_ср ],

τ_ср = Н/мм²,

где [ τ_ср ] = (40…70) Н/мм² – для сталей при реверсивной нагрузке.

Условия прочности выполняются, так как

τ_ср = 23,5 Н/мм² < [ τ_ср ] = (40…70) Н/мм².

Проверочный расчет шпонки на срез можно считать условным, так как это условие прочности учтено при стандартизации шпонок. Однако, при ударных нагрузках срез шпонки вполне возможен.

7 Выбор муфты входного вала

Муфты выбираются стандартными в зависимости от передаваемого расчетного вращающего момента, диаметра вала и частоты его вращения.

Для данного электромеханического привода выберем лишь одну муфту для соединения вала электродвигателя с цилиндрическим концевым участком входного вала редуктора.

Исходя из условий работы и области применения рассчитываемого ЭМП, выбираемая муфта должна обеспечивать компенсацию условных несоосностей соединяемых валов, их линейных перемещений, компенсировать ударные нагрузки. Для таких условий работы наиболее широкое распространение получили муфты компенсирующие упругие втулочно-пальцевые (МУВП).

Исходными данными для выбора муфт являются:

Т₁ – вращающий момент на входном валу (Т₁= 45,44 Н·м);

ω₁ – угловая скорость входного вала (ω₁ = 78,5 с^-1);

n₁ – частота вращения входного вала (750 об/мин.);

d – диаметр концевого участка вала (d =30 мм).

Расчетный вращающий момент Т_р = К·Т, где К – коэффициент режима работы. При переменной средней нагрузке К = 1,5…2,0.

Примем К = 2,0, тогда Т_р = 2·45,44 = 90,88 Н·м.

Условие выбора типоразмера муфты: Т_р ≤ [Т], где [Т] – допускаемый муфтой вращающий момент.

Из табл.46 [4] этим параметрам соответствует муфта (рис.14), для которой

[Т]= 125 Нм.

Параметры муфты: [Т] = 125 Нм; n ≤ 4800 об/мин; d = 30 мм,

ℓ_цил = 42 мм,

d_п = 14 мм, ℓ_ВТ = 28 мм, L = 89 мм, Д = 120 мм, Д₀ =90 мм; z = 4;

d₀ = 28 мм

Смещение осей валов: Δ = 0,3 мм; γ =1⁰ 30'.

Упругие элементы муфты проверяются на смятие:

σ_СМ = _СМ,

где Т – вращающий момент на валу (Т = 45,44 Н·м);

d_п – диаметр пальца муфты (d_п =14 мм);

ℓ_ВТ – длина упругого элемента (ℓ_ВТ = 28 мм);

[σ]_СМ – допускаемое напряжение для резиновых втулок ([σ]_СМ = 2Н/мм²).

После подстановки в расчетную формулу получим

σ_СМ = Н/мм².

Рис. 14. Тип муфты

Условие прочности на смятие резиновых втулок выполняется, так как σ_СМ = 0,64 Н/мм² < [σ]_СМ = 2 Н/мм².

Крепление муфты на валу осуществляется с помощью шпонки.