Проектирование быстроходной ступени редуктора РЦТ 355 с применением зацепления Новикова

Ведущий вал Диаметр вала d=35 мм, сечение шпонки: b · h = 10×8 мм, t1 = 5 мм, длина шпонки l = 70 мм (при длине полумуфты 100 мм), момент на ведущем валу Т=297 Н· м.

Определяем напряжение смятия:

Уточненный расчет вала

Принимаем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения — по отнулевому.

Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности s для опасных сечений и сравнении их с требуемыми (допускаемыми) значениями [s]. Прочность соблюдена при s ≥ [s].

Ведущий вал.

Материал вала — сталь 40Х, термообработка — улучшение. .

Предел текучести. Твердость поверхности и сердцевины зуба шестерни 240 НВ.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

= 0,43 · σв = 0,43 · 670 = 288 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений:

= 0,58 · σ-1 = 0,58 · 288 =167 МПа.

Опасное сечение — шпоночное соединение полумуфты и вала-шестерни. Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.

Коэффициент запаса прочности:

Где амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:

.

При d = 35 мм, b = 10 мм, t1 = 5 мм.

.

.

Принимаем kτ = 1,5 [3, табл. 8.5], ετ = 0,73, ψτ = 0,2.

.

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

МА-А — изгибающий момент в опасном сечении.

Изгибающий момент в опасном сечении от консольной нагрузки:

Принимаем kσ = 1,6 [3, табл. 8.5], εσ = 0,87, ψσ = 0,2.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Результирующий коэффициент запаса прочности:

.

С посадочным местом под полумуфту все в порядке.

Проверим вал-шестерню на середине между опорами на изгиб.

Построим эпюры изгибающих моментов.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости:

Изгибающий момент в вертикальной плоскости:

Суммарный изгибающий момент в сечении Б-Б:

Рис.

6. Эпюры изгибающих моментов вала-шестерни

Момент сопротивления изгибу:

.

Принимаем kτ = 1,9 [1, табл. 8.5], ετ = 0,75, ψτ = 0,25.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения

Б-Б (для интереса):

.

У нас вал не прошел проверку по запасу прочности в сечении Б-Б, надо увеличивать диаметр шестерни, следовательно и вала.

;

.

Пересчитаем размеры передачи, увеличив модуль до m = 4,0.

Диаметр вершин зубьев:

;

.

Диаметр впадин зубьев:

;

.

Ширина венца колес:

;

Межосевое расстояние:

Так как вал-шестерня у нас малого диаметра и большой длины, проверим вал на жесткость.

Расчет на жесткость сводится к определению прогибов y, углов наклона оси вала Ө и к сопоставлению их с допускаемыми. Допускаемый прогиб вала не должен превышать 0,0001−0,0005 расстояния между опорами или под зубчатыми колесами 0,01−0,03 модуля в см. Углы наклона оси вала в опорах не должны превышать 0,001 радиана при зубчатых колесах; то же в радианах, не более: 0,0016 -для конических подшипников; 0,005 — для однорядных шарикоподшипников, 0,05 — для сферических подшипников.

;

где — в радианах; d и у — в см, Q — в Н.

;

.

или 0,0034 мм.

Допускаемый прогиб вала: 0,01 · 3,15 = 0,0315 мм, что больше рассчитанного.

Пересчитывать на контактную выносливость активных поверхностей зубьев нет смысла, так как и при модуле 3,55 мм зубья прошли проверку, а при модуле 4,0 мм параметры только улучшаться.

Заготовки для вала-шестерни и колеса

Заготовкой для вала шестерни послужит пруток без термообработки.

Заготовкой для колеса будет служить поковка на КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс).

Материал — сталь 45 (по ГОСТ 1050–88): 0,42 — 0,50% С; 0,17 — 0,37% Si; 0,50 — 0,80% Mn; не более 0,25% Cr.

Масса детали — 23,0 кг.

Исходные данные для расчета:

Масса поковки (расчетная) — 34,5 кг:

расчетный коэффициент Kр = 1,5;

23,0×1,6 = 36,8 кг.

Класс точности — Т3.

Группа стали — М2.

Средняя массовая доля углерода в стали 0,45 — 0,46%.

Степень сложности — С1.

Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр), мм:

— стороны (определяют графически);

110 — высота (определяют по чертежу).

.

Масса описывающей фигуры (расчетная) — 39,7 кг;

Gп: Gф = 36,8: 39,76 = 0,9.

Конфигурация поверхности разъема штампа П (плоская).

Рис. 7. Определение исходного индекса Исходный индекс — 13.

Припуски и кузнечные напуски Основные припуски на размеры, мм:

2,7 — диаметр 261,55 мм и чистота поверхности 0,8;

1,8 — диаметр 100 мм и чистота поверхности 1,6;

2,3 — толщина 110 мм и чистота поверхности 3,2;.

Дополнительные припуски, учитывающие:

смещение по поверхности разъема штампа — 0,4 мм;

отклонение от плоскостности — 0,4 мм.

Штамповочный уклон:

на наружной поверхности — не более 5° принимается 5°;

на внутренней поверхности — не более 7° принимается 7°.

Размеры поковки, мм:

диаметр 261,55+ (2,7 + 0,4) x 2 = 267,75 принимается 268;

диаметр 100 — (1,8 + 0,4) x 2 = 95,6 принимается 95;

толщина 110 + (2,3 + 0,4) x 2 = 99,4 принимается 115,5.

Радиус закругления наружных углов — 2,0 мм (минимальный) принимается 3,0 мм.

Допускаемые отклонения размеров, мм:

диаметр диаметр толщина .

Неуказанные предельные отклонения размеров (например, толщина (25 ± 1,1) мм).

Допускаемая величина остаточного облоя 1,2 мм.

Допускаемое отклонение от плоскостности 0,8 мм.

Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки 1,0 мм.

Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа 0,8 мм.

Допустимая величина высоты заусенца 3,0 мм.

Рис. 8. Поковка колеса зубчатого Литература

Справочник/Л.С. Бойко, А. З. Высоцкий и др. — М.: Машиностроение, 1984.-247 с.

Решетов Д. Н. Детали машин: Учебник. — М.: Машиностроение, 1989.-496 с.

Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование деталей машин.

М.: Высшая школа. 1985.

Иванов М. Н. Детали машин. М.: Высшая школа. 2004.