Основы проектирования и конструирования машин

    Принимаем для дальнейшего расчета допускаемое  напряжение на кручение 15…25 МПа.

    Рассчитываем  диаметр консольного участка  быстроходного вала: 

      

      

округляем (кратно 5 мм) полученный диаметр до d_b1 = 45 мм.

     Диаметр вала под подшипниками:

d_п1 = d_b1 + 5 = 45 + 5 = 50 (мм)

    Диаметр вала под шестерней:

d_ш = d_п1 + 5 = 50 + 5 = 55 (мм) 

    Рассчитываем  диаметр консольного участка  тихоходного вала:

 

 
 

округляем (кратно 5 мм) полученный диаметр до d_b2 = 65 мм.

    Диаметр вала под подшипниками:

d_п2 = d_b2 + 5 = 65 + 5 = 70 (мм)

    Диаметр вала под колесом:

d_к = d_п2 + 5 = 70 + 5 = 75 (мм) 

Конструирование зубчатого колеса 

Рассчитаем  конструкцию зубчатого колеса.

Длина ступицы:

L_ст = (1 ... 1.5)*d_к = (1 ... 1.5) * 75 = 75 ... 112.5, 

принимаем  L_ст = 135 (мм)

Диаметр ступицы:

d_ст = 1.6 * d_к = 1.6 * 75 = 120 (мм)

Толщина диска:

C_диск = 0.35 * b₁ = 0.35 * 138 = 42 (мм)

Толщина обода:

d_об = (2.5 ... 4)*m = (2.5 ... 4) * 3 = 7.5 ... 12,  принимаем d_об = 8 (мм)

Диаметр окружности обода:

d_об = df₁ - 2*d_об  = 288.69 - 2 * 8 = 273 (мм)

Диаметр окружности центров отверстий:

d_ц = 0.5 * (d_ст + d_об) = 0.5 * (120 + 273) = 196 (мм)

Диаметр отверстий в диске:

d_отв = 0.25 * (d_об - d_ст)= 0.25 * ( 273 - 120) = 38 (мм) 

Конструирование корпуса редуктора 

    Корпус  редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации  системы смазки, а также для  восприятия сил, возникающих в зацеплении редукторной пары и подшипниках. Наиболее распространенный способ изготовления корпусов – литье из серого чугуна (например, СЧ15).

    В редукторах принята конструкция  разъемного корпуса, состоящего из крышки (верхняя часть корпуса) и основания (нижняя часть).

Наибольший  вращающий момент на тихоходном валу:

T_max = 2 * T₂ = 2 * 779 = 1558 (Н*м)

Толщина стенки нижней части корпуса по разъему  оси валов (d>6 мм):

 

принимаем  d = 7 мм.

Толщина стенки крышки корпуса (d_кр>6 мм):

d_кр = 0.9 * d = 0.9 * 7 = 6.3 (мм),

принимаем  d_кр = 6 мм.

Диаметр стяжных винтов крышки с корпусом (d>10 мм):

 

округляем до ближайшего диаметра по ГОСТу d = 12 (мм)

Толщина фланца по разъему:

d_фл = d = 12 (мм)

Ширина  фланца по разъему корпуса и крышки:

b_фл = 2.25*d + d = 2.25 * 12 + 7 = 34 (мм)

Диаметр фундаментного болта:

d_ф = 1.25*d = 1.25 * 12 = 15 (мм),

округляем до ближайшего диаметра по ГОСТу d_ф = 16 (мм)

Толщина лапы фундаментного болта:

d_ф = 1.5*d_ф = 1.5 * 16 = 24 (мм),

количество  фундаментных болтов выбираем  Z_ф = 4 (шт.)

Расстояние  между опорами валов для одноступенчатого редуктора:

L_опора = b₁ + 2*X + (b_фл+5) = 138 + 2*9 + (34 + 5) = 195 (мм),

где X - зазор между колесами и внутренними стенками корпуса X=10…15 мм. 

Расчет  шпоночных соединений 

    Для соединения валов с деталями, передающими  вращающий момент применяют шпонки. В мелкосерийном производстве используют главным образом призматические шпонки, изготовленные из стали 45. Длину  шпонки выбирают из стандартного ряда так, чтобы она была меньше ступицы  насаживаемой детали на 10..15 мм. Сечение  шпонки ( ) выбирается по величине соответствующего диаметра ступени.

    По  диаметру вала в месте установки  шпонки из справочных таблиц выбираем 4 обыкновенные призматические шпонки по ГОСТ 23360-78:

    Таблица 6. Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78

    

    При передачи вращающего момента шпоночное  соединение характеризуется значительными  местными деформациями вала и ступицы  колеса в районе шпоночного паза, что  снижает усталостную прочность  вала.

    Призматические  шпонки, применяемые в редукторах, проверяют на смятие по условию прочности:

    

,

где T – вращающий момент на валу;

d – диаметр ступени вала в месте установки шпонки;

 – длина шпонки;

b – ширина шпонки;

h – высота шпонки;

t – глубина паза вала;

- допускаемое напряжение на  смятие.

При стальной ступице и спокойной нагрузке = 110…190 МПа.

    Рассчитаем  шпонки быстроходного вала:

 

  
 

 

 
 

    Рассчитаем  шпонки тихоходного вала:

 

 
 

 

 
 

    Т.к. у всех шпонок напряжение смятия не превышает допускаемой величины, т.е. , следовательно все шпоночные соединения подобраны верно. 
 

Выбор подшипников 

    Выбор рационального типа подшипника зависит  от ряда факторов: передаваемой мощности редуктора, типа передачи, соотношения  сил в зацеплении, частоты вращения внутреннего кольца подшипника, требуемого срока службы, приемлемой стоимости, схемы установки.

    Радиальные  шарикоподшипники (у которых форма  тел качения – шарики, а направление  действия воспринимаемой нагрузки –  преимущественно радиальное) имеют  различные модификации. Наиболее распространены однорядные подшипники качения. Они  состоят из внутреннего и наружного  колец с желобами для качения  шариков, комплекта шариков и  сепаратора, удерживающего шарики на определенном расстоянии друг от друга.

    Выбираем  для двух валов редуктора подшипники радиальные однорядные особо легкой серии по ГОСТ 8338-75.

    Выбор осуществляем по известному из расчетов диаметру внутреннего кольца подшипника (по d_п1 и d_п2):

    Таблица 7.

    

     
 
 
 
 
 
 

Технико-экономическое  обоснование 

    При проектировании редуктора были выполнены  наиболее общие практические рекомендации и положения.

    Применение  стандартных и нормализованных  узлов (например, подшипники и шпоночные  соединения) позволяет резко уменьшить  объем конструкторских работ, снизить  стоимость проектируемого редуктора  и сроки его изготовления, упростить  и удешевить его ремонт и эксплуатацию. Кроме того, стандартные изделия  оказываются наиболее надежными, долговечными и качественными.

    Все размеры и формы нового спроектированного  редуктора, его элементов и деталей  обоснованы. При этом использован  подход назначения наиболее простой  формы изделия и возможность  уменьшить его размеры и массу. Каждый конструктивный элемент детали (паз, отверстие и др.) имеет определенное назначение. Все размеры и формы  строго обоснованы и назначены из конструктивных соображений.