Разработка эскизного проекта

После расчета геометрии всех зубчатых пар колес следует приступить к эскизному чертежу механизма. Выполняется он на миллетровой бумаге формата А1 в стандартном масштабе. На эскизном чертеже оформляется сборочной чертеж механизма или чертеж общего вида, дается принципиальное конструктивное решение. Устанавливаются габариты к основные размеры изделия; все его составленные элементы показываются без подробной проработки. Эскизная разработка чертежа должна дать четкое представление об объеме и содержании всего проекта, при этом необходимо максимально использовать унифицированные детали и сборочные единицы.

При разработке эскизного чертежа следует учитывать трудоемкость сборки и разборки механизма. Данные этого чертежа являются исходными для проведения уточненных расчетов опор и являются основанием для завершения всех пунктов расчетно-пояснительной записки. Эскизный чертеж должен быть подписан преподавателем и помещен в пояснительную записку в качестве приложения.

Пример оформления сборочного чертежа механизма с орбитальной компоновкой показан в приложениях 4, 5. Передаточное отношение приведенного механизма обеспечивается набором трибок с шестернями, обозначенными цифрами 3-10. Механизм собран на трех деталях 11,12,13, которые штифтуются и скрепляются винтами.

На выходной ступени редуктора для уменьшения люфтовой погрешности установлено беззазорное зубчатое колесо.

Примеры оформления рабочих чертежей шестерни, платы, валика, втулки, корпуса даны в приложениях 6, 7, 8, 9.

Расчет и конструирование валиков

Валы предназначены для передачи крутящего момента, оси не передают крутящий момент. И оси и валы испытывают изгибающие нагрузки.

Валики бывают: входные, промежуточные, выходные. При соединении механизма с валом двигателя при помощи муфты используют входные валики, имеющие хвостовик, на который помещается ведомая полумуфта. В пролетной части между цапфами под подшипник заодно с валом выполняется шестерня (рис.5). Промежуточный валик не имеет хвостовика (см. рис.6). На выходном валике (рис.7) крепится зубчатое колесо, он имеет выходной конец для крепления исполнительного механизма, на котором может устанавливаться шкив, муфта, шестерня.

Расчет валов на прочность заключается в определении напряжения в опасном сечении вала (проверочный расчет) и в определении диаметра вала d по допускаемому напряжению [σ_и] (проектный расчет).

Исходными данными проектного расчета валов являются:

- расчетная схема;

- расположение и размеры сопряженных с валиком деталей;

- места приложения, величина, направление и характер

действующих сил;

- материал валика.

Осуществим расчет на примере промежуточного вала коническо-цилиндрического редуктора, нагруженного согласно схемы на рис. 7а.

Крутящий момент на валу М_кр = 0,3 Н·м, материал вала – Ст45. Средний диаметр делительного конуса конического прямозубого колеса d_к = 20 мм, диаметр делительной окружности цилиндрической прямозубой шестерни

d_ц = 15 мм. Расстояние l = 40 мм; а = 13 мм; b = 14 мм; угол зацепления

α = 20º; угол наклона образующей делительного конуса конического колеса относительно его осевой линии φ = 71º34'.

1. Определим силы, возникающие в зубчатых зацеплениях:

- окружная сила конического колеса:

F_t1 = = = 30 Н;

- окружная сила цилиндрической шестерни:

F_t2 = = = 40 Н;

- радиальные силы:

F_r1 = F_t1 ·tgα·Cosφ = 30·0,36·0,3 = 3,24 Н;

F_r2 = F_t2 ·tgα = 40·0,36 = 14,4 Н;

- осевую силу, действующую на коническое колесо:

F_о1 = F_t1 ·tgα·Sinφ = 30·0,36·0,95 = 10,26 Н.

2. Определяем реакции в опорах вала:

- для вертикальной плоскости проекций:

∑М_В = R_Aв·l + F_r2·(l – а) - F_r1·b + F_о1· = 0,

отсюда:

R_Aв = - = - = - 11,15 Н,

∑F_Y = R_Aв + F_r2 – F_r1 + R_Bв = 0,

отсюда:

R_Bв = -(-11,15) – 14,4 + 3,24 = - 0,01 Н;

- для горизонтальной плоскости проекций:

∑М_В = R_Aг·l + F_t2·(l – а) – F_t1·b = 0,

отсюда:

R_Aг = - = - = 37,5 Н,

∑F_Z = - R_Aг + F_t2 + F_t1 - R_Bг = 0,

отсюда:

R_Bг = F_t2 + F_t1 - R_Aг - = 40 + 30 – 37,5 = 32,5 Н;

Знак минус указывает на то, что реакции R_Aв и R_Bв должны быть направлены в противоположную сторону по сравнению с тем, как показано на рис. 7а.

Суммарные радиальные реакции опор соответственно в точках А и В равны:

R_A = = = 43,9 Н;

R_B = = = 32,5 Н.

3. Находим изгибающие моменты.

В сечении проходящем через точку I:

- от сил F_t1 и F_t2 М_{изг гI} = R_Aг · а = 37,5·13 = 507,5 Нмм;

- от сил F_r1 и F_r2 М_{изг вI} = R_Aв · а = 11,15·13 = -144,95 Нмм;

В сечении проходящем через точку II:

- от сил F_t1 и F_t2 М_{изг гII} = R_Bг · b = 32,5·14 = 455 Нмм;

- от сил F_r1 и F_r2 М_{изг вII} = R_Aв · (l – b) + F_r2·(l - b - a) =

= 11,15·26 + 14,4·13 = -102,74 Нмм;

Суммарные изгибающие моменты определяются по формуле:

М_изг = .

- в сечении, проходящем через точку I:

М_изгI = = 520,6 Нмм;

- в сечении, проходящем через точку II:

М_изгII = = 465,8 Нмм.

Следовательно, опасным является сечение, проходящее через точку I, в котором действует максимальный изгибающий момент 520,6 Нмм.

4. Определяем приведенный (эквивалентный) расчетный момент:

М_пр = = = 605,05 Нмм.

5. Определяем диаметр вала из условия статической прочности его

на совместное действие изгиба и кручения:

d = ,

где:

[σ_и] – допускаемое напряжение на изгиб. Для Ст45 [σ_и] = 550·10⁶ Па.

d = =3,03 мм.

Диаметр вала округляем согласно ряда значений, приведенных в

ГОСТ 6636-69. В данном случае принимаем d = 4 мм.