Расчет вала ведомой звездочки цепной передачи

7. Расчет вала ведомой звездочки цепной передачи

В процессе эксплуатации валы передач испытывают деформации от действия внешних сил, масс самих валов и насаженных на них деталей. Однако в типовых передачах, разрабатываемых в курсовых проектах, массы валов и деталей, насаженных на них, сравнительно невелики,, поэтому их влиянием обычно пренебрегают, ограничиваясь анализом и учетом внешних сил, возникающих в процессе работы.

В цилиндрической прямозубой передаче силу в зацеплении одной пары зубьев раскладывают на две взаимно перпендикулярные составляющие (рис. 5,1):

окружную силу

и радиальную

здесь F_t и F_r – действующие силы, Н ;

Р - передаваемая мощность, Вт ;

v - окружная скорость, м/с;

α - угол зацепления.

Рис. 7.1 Цилиндрическая прямозубая передача

В цепной передаче нагрузка на валы звездочек, направлена по линии центров звездочек

где F_л - окружная сила на звездочке, Н, F_л=10кН;

к₁ - коэффициент, учитывающий влияние провисания цепи;

q - масса одного метра цепи, кг/м;

а - межосевое расстояние, м.

Валы предназначены для передачи крутящего момента вдоль своей оси и поддержания вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, звездочек, полумуфт и т.д.). Основными критериями работоспособности валов являются их прочность и жесткость.

Во время работы они испытывают деформации кручения, изгиба и растяжения (сжатия), т.е. материал вала находится в сложном напряженном состоянии. Силовыми факторами вызывающими указанные деформации, являются сосредоточенные силы и моменты: крутящий момент; силы, действующие в зубчатом зацеплении; or натяжения ремней и цепей, а так же радиальные силы, возникающие в муфтах вследствие неизбежной несоосности соединяемых валов.

Проектирование вала начинают с определения диаметра выходного конца его из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учёта влияния изгиба

где М - крутящий момент, Н мм;

[г]к - допускаемое напряжение на кручении: для валов из сталей 40,45,Ст6 принимают пониженное значение [гк] = 15-20 (Н/мм²).

Полученный результат округляют до ближайшего большего значения из стандартного ряда: 64мм.

Для редукторов общего назначения рекомендуем изготовлять валы одинакового диаметра по всей длине. Однако для облегчения монтажа подшипников, зубчатых колёс и других деталей применяют и ступенчатую конструкцию вала. Для удобства соединения вала редуктора с валом электродвигателя стандартной муфтой соблюдают условие, чтобы диаметры соединяемых валов, отличающиеся не более, чем на 20%.

Наметив конструкцию вала, установив основные размеры его (диаметры и длины участков вала, расстояние между серединами опор и др.), выполняют уточненный расчет валов т.е. проверочный расчет для определения коэффициента запаса прочности S в опасных сечениях:

где S_δ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

δ_-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба

(для углеродистых конструкционных сталей δ_-1=0,43*β МПа);

К_δ – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений. В углеродистом расчете R_δ ≈ 1,5, К_τ ≈ 1,2.

ε_δ – масштабный фактор для нормальных напряжений, ε_δ ≈ 0,7; ε_τ ≈ 0,6;

β – коэффициент учитывающий шероховатости поверхности, β ≈ 0,95;

δ_ν– амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба δ₄ в рассматриваемом сечении;

δ_m – среднее напряжение цикла нормальных напряжений; если осевая нагрузка на вал отсутствует, то принимают δ_m = 0; в противном случае:

ψ_δ = 0,2 – для углеродистых сталей

где S_τ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

τ_-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения

(τ_-1=0.58δ-₁ МПа)

ψ_δ = 0,1 – для углеродистых сталей

где W_k- момент сопротивления кручения

Расчетное значение S не ниже допускаемого [S]=2.5

8. Расчет шпоночных соединений

Для удобства сборки и разборки узла вала, замены подшипников и других насаживаемых деталей вал выполняют ступенчатым. По конструкции шпонки бывают призматические и сегментные.

Длинна шпонки; при спокойной нагрузке [δ]см <100МПа; при колебаниях нагрузки следует снижать [δ]см на 20-г 25%; при ударной нагрузке снижать на 40-50%, для насаживаемых на вал чугунных деталей [δ]см снижать вдвое.

Если окажется δ _СМ > [δ]см, то допускается установка других шпонок под углом 180°, однако рациональнее перейти на шлицевое соединение.

Шлицевые соединения надежнее шпоночных, в особенности при переменных нагрузках; в них допускается более точная центровка деталей на валу, облегчает перемещение подвижных деталей вдоль на валу.

Материал шпонок — сталь чисто тянутая с временным сопротивлением разрыва не менее 590 МПа.

Длину шпонки назначают из стандартного ряда так, что бы она была меньше длинны ступицы на 5-10мм. Выбираем шпонку 18*11*60

Рис. 8.1 Шпонка призматическая 18*11*60

Напряжение снятия узких граней шпонки не должно превышать допустимого

 где

Т – вращающий момент Нмм;

d – диаметр вала в месте установки шпонки;

А_см- площадь смятия, А_см = (h-t₁)* 1_р;

9. Технико-экономическая характеристика и стоимость проекта

Технико-экономический анализ проекта в полном объеме не проводился, так как это зависит от многих факторов. Например, первичные цены стандартных устройств устанавливает предприятие-изготовитель, которые работает с корпоративным заказчиком по оптовым ценам. Дилеры предлагают большой ассортимент продукции разных производителей при большом разбросе розничных цен, существенно отличающихся от оптовых.

Кроме того, для данного проекта необходимо проектировать специальную раму, на которой будут монтироваться элементы привода, и фундамент для установки всего привода. Стоимость этих работ можно оценить после соответствующей технической проработки. Однако, эти вопросы не входили в объем курсового проектирования.

Экономическую оценку проекта проведем, учитывая стоимость только наиболее дорогих элементов привода: электродвигателя (8500 руб, см. п.4.2), редуктора (10400 руб) и муфт (1300 руб). Общая стоимость этих элементов составляет 21200 рублей.

Список литературы

1. О.Н. Левитский, Н.И. Левитская " Курс теории механизмов и машин", М,ВШ, 1985г.

2. А.А. Эрдеди, Ю.А. Медведев " Техническая механика", М, "ВШ", 1991.

3. Е.А. Сигаев, "Сопротивление материалов", ч-1, Кемерово Кузбассвузиздат, 2002г.

4. Г.Г. Баловнев, Ю.В. Чернов "Сборник задач по сопротивлению материалов", М, изд-во МСХА, 1993г.

5. В.В. Красников и др., "Подъёмно транспортные машины", изд-во "Колос", 1987г.

6. И.И. Устюгов, "Детали машин", М, "ВШ", 1981г.

7. С.А. Чернавский и др., "Курсовое проектирование деталей машин", М, "Машиностроение", 1988г.

8. В.И. Анурьев, "Справочник конструктора-машиностроителя", Том 1,2,3, М, "Машиностроение", 1980г.

9. А.А. Вайнсон, "Подъёмно-транспортные машины строительной промышленности". Атлас конструкций. М, "Машиностроение", 1985г.

10. Д.Н. Решетов. "Детали машин". Атлас конструкций. М,

"Машиностроение", 19 8 0г. 11. А.А. Мамедов, "Механика". Конспект лекций, "Бел ГСХА", 2008г.