12.3. Конструирование валов и колес редуктора
При
конструировании следует исходить из
того, что диаметры валов в местах
крепления подшипников заданы диаметрами
отверстий внутренних колец подшипников.
Все остальные диаметры валов конструктивно
вытекают из этих диаметров. Диаметр
вала
,
в который упирается внутреннее кольцо
подшипника, определяется по табл.15. Этот
диаметр назначен таким образом, чтобы
на внутреннем кольце подшипника
оставалось место для захвата кольца
съемником или для упора втулки,
удерживающей зубчатое колесо в осевом
направлении. Выходные концы валов и
шпонки к ним принимают по табл.17 и 18. Для
быстроходного вала принимают исполнение
1 с учетом конструирования полумуфты
для соединения с валом электродвигателя.
Для тихоходного вала исполнение 1 или
2 назначают по результатам расчета
шпоночного соединения (табл.20).
Шестерни рекомендуется изготавливать заодно с валом (вал-шестерня).
Конструкция зубчатых колес возможна двух вариантов: сплошных и облегченных.
С точки зрения бесшумности работы и технологичности изготовления сплошные колеса предпочтительнее. Для повышения жесткости и прочности крепления на валу такие колеса целесообразно крепить на валу без шпонок по посадке с натягом по H7/r6; H7/s7 или H7/u7. Такие колеса удобнее и в том отношении, что не требуют осевой фиксации в виде распорных втулок, стопорных колец, резьбы и др. Для облегченных колес выбирают посадку на валу по табл.19, шпоночный паз по табл.18, а длина ступицы назначается по длине шпонки, определенной в соответствии с табл. 20. Облегченные колеса целесообразно выбирать при серийном производстве.
Таблица 17
Концы валов цилиндрические, мм (ГОСТ 120-80-66)
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||
|
|
исполнение* |
|
|
|
исполнение |
|
| ||
|
|
1 |
2 |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
6 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 |
16 16 20 20 23 23 30 30 40 40 50 50 |
- - - - 20 20 25 25 28 28 30 30 |
0,4 0,4 0,6 0,6 0,4 0,4 1,0 1,0 1,0 1,0 1,6 1,6 |
0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 1,0 1,0 |
25 28 32 36 40 45 50 55 60 70 80 90 |
60 60 80 80 110 110 110 110 140 140 170 170 |
42 42 58 58 82 82 82 82 105 105 130 130 |
1,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0 |
1,0 1,0 1,6 1,6 1,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 |
|
П р и м е ч а н и е. * Концы валов изготовляются двух исполнений:1 - длинные, 2- короткие | |||||||||
После окончательного определения всех размеров валов и шпонок необходимо выполнить следующие уточненные расчеты:
Проверочные расчеты валов в опасных сечениях (по указанию преподавателя). Обычно это сечения, имеющие наименьший диаметр, нагруженные изгибающим и вращающим моментами и имеющие концентраторы напряжений. Расчет приведен в табл.22.
Расчет посадки с натягом. Расчет приведен в табл.29.
Таблица 18
Р
азмеры
шпоночных соединений,мм(СТ СЭВ 189-75)
|
|
|
Р |
| ||||
|
|
|
ширина
|
толщина
|
длина*
|
вал
|
втулка
| |
|
|
9,10 11,12 14,16 18,20,22 24,25,28,30 32,(35),36,38 40,42 45,48,50 (52),55,(56) 60,63,65 70,(71),75 |
3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 |
3 4 5 6 7 8 8 9 10 11 12 |
10-40
14-50 18-56 22-80 28-110 36-100 45-110 50-140 56-140 |
1,8 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 5,0 5,5 6,0 7,0 7,5 |
1,3 1,6 2,2 2,8 3,3 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4 4,9 | |
|
Примечание. * Длину выбирают в указанных числах из ряда: 10, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180. | |||||||
Диаметр
вала
азмеры
шпонки
Глубина
паза
Таблица 19
Посадки основных сборок редуктора
|
Соединение |
Посадка по СТ СЭВ 144-75 |
Условия сборки |
|
Зубчатые колеса на валах при тяжелых ударных нагрузках |
H6/r6 (80<<120) |
Под прессом |
|
Зубчатые колеса при средних и легких нагрузках, компенсирующие муфты |
H7/r6 (<1620) H7/p6 (80<<120) |
Под прессом |
|
Стаканы под подшипники качения в корпусе, распорные втулки |
H7/h6
|
От руки втугую
|
|
Внутренние кольца шарикоподшипников на валах |
Отклонение вала k6 |
То же |
|
Наружные кольца шарикоподшипников в корпусе |
Отклонение отверстия H7 |
То же |
|
Крепление колес на валах без шпонок |
H7/r6; H7/s7; H7/u8 |
С нагревом |
Таблица 20
Расчет шпоночного соединения
|
Наименование |
Обозначение |
Единица измерения |
Формула, источник, обоснование |
|
Допускаемое напряжение смятия |
|
Н/мм2 |
Табл.21 |
|
Расчетная высота шпонки |
K |
мм |
|
|
Вращающий момент |
T |
Нм |
––– |
|
Диаметр вала |
d |
мм |
––– |
|
Расчетная длина шпонки |
lР |
мм |
|
|
Полная длина шпонки |
l |
мм |
|
Таблица 21
Допускаемые
напряжения смятия
|
Материал втулки |
Характер нагрузки | ||
|
|
спокойная |
слабые толчки |
ударная |
|
СТАЛЬ |
150 |
100 |
50 |
|
ЧУГУН |
80 |
53 |
22 |
Таблица 22
Проверочный расчет вала
|
Наименование |
Обозначение |
Единица измерения |
Формула, источник |
|
Диаметр вала в рассчитываемом сечении |
d |
мм |
––– |
|
Момент изгибающий |
М |
|
По расчетной схеме рис.8 и 9 |
|
Крутящий момент |
Т |
|
––– |
|
Напряжение изгиба |
|
|
|
|
Материал вала и его механические характеристики |
Ст… в -1 -1 |
|
Таблица 2 |
|
Окончание табл. 22 | |||
|
Напряжение от кручения |
|
Н/мм2 |
|
|
Эффективный коэффициент концентрации напряжений: при изгибе при кручении |
|
|
Таблица 23, 24 |
|
Коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности |
|
|
Таблица 25 |
|
Коэффициент дополнительного упрочнения поверхности |
|
|
Таблица 26 |
|
Коэффициент влияния асимметрии цикла на прочность детали |
|
|
Таблица 28 |
|
Масштабный коэффициент |
|
|
Таблица 27 |
|
Запас прочности по усталостному разрушению при изгибе |
|
|
|
|
То же при кручении |
|
|
Sτ=2τ-1/(τкр{Kτ/Ky+ψτ}) |
|
Эквивалентный запас прочности |
|
|
|
|
Допускаемый запас прочности |
|
|
|
Таблица 23
Эффективные
коэффициенты
и
в ступенчатом переходе с галтелью
|
Напряженное состояние |
Н/мм2 |
При
отношении
| ||||||||
|
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,05 |
0,1 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,05 | ||
|
|
|
При
отношении
|
При
отношении
| |||||||
|
Изгиб
|
500 700 900 1200 |
1,35 1,40 1,45 1,50 |
1,45 1,50 1,55 1,60 |
1,65 1,70 1,80 1,90 |
1,60 1,70 1,80 1,90 |
1,45 1,55 1,65 1,80 |
1,55 1,60 1,65 1,70 |
1,80 1,90 2,00 2,15 |
1,80 1,95 2,05 2,25 |
1,75 1,80 2,00 2,20 |
|
Окончание табл. 23 | ||||||||||
|
|
|
При
отношении
|
При
отношении
| |||||||
|
Изгиб
|
500 700 900 1200 |
1,90 2,00 2,10 2,20 |
1,95 2,10 2,20 2,40 |
1,95 2,10 2,25 2,45 |
|
|
2,10 2,25 2,35 2,50 |
2,15 2,30 2,45 2,65 |
|
|
|
|
|
При
отношении
|
При
отношении
| |||||||
|
Кручение |
700 1200 |
1,30 1,30 |
1,35 1,40 |
1,45 1,50 |
1,45 1,55 |
1,40 1,50 |
1,40 1,45 |
1,60 1,70 |
1,60 1,70 |
1,60 1,75 |
|
|
|
При
отношении
|
При
отношении
| |||||||
|
Кручение
|
500 700 900 1200 |
1,55 1,60 1,65 1,75 |
1,60 1,70 1,75 1,85 |
1,65 1,70 1,75 1,90 |
|
|
2,20 2,30 2,40 2,60 |
2,10 2,15 2,25 2,4 |
|
|
,
Таблица 24
Эффективные коэффициенты концентрации для валов при изгибе и кручении в месте шпоночной канавки
|
|
Коэффициенты концентрации | |
|
|
|
|
|
500 600 700 800
|
1,60 1,75 1,90 2,00 2,30 |
1,40 1,50 1,70 1,90 2,20 |
,
Н/мм2
1000Таблица 25
Значение
коэффициентов
,
учитывающих состояние поверхности
|
|
Шлифование |
Обработка чистовая |
Обдирка |
Необработанная поверхность |
|
400 600 800 1000
|
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 |
1,04 1,05 1,10 1,15 1,25 |
1,16 1,18 1,25 1,35 1,54 |
1,30 1,40 1,50 1,70 2,20 |
,
Н/мм2
1200Таблица 26
Коэффициент поверхностного упрочнения Ky
|
Вид поверхности обработки |
|
Гладкие валы
|
Валы
с малой концентрацией напряжений
|
Валы
с большой концентрацией напряжений
|
|
Закалка с нагревом ТВЧ Азотирование Цементация
Дробеструйный наклеп Накатка роликом |
600-800 800-1000 900-1200 400-600 700-800 1000-1200 600-1500 - |
1,50...1,70 1,30...1,50 1,10...1,25 1,80...2,00 1,40...1,50 1,20...1,30 1,10...1,25 1,20...1,30 |
1,60...1,70 - 1,50...1,70 3,00 . 2,00 1,50...1,60 1,50...1,60 |
2,40...2,80 - 1,70...2,10 - - - 1,70...2,10 1,80...2,00 |
,
Н/мм2
П р и м е ч а н и е. Поверхностное упрочнение назначают при недостаточной прочности вала по результатам расчета (табл.22).
Таблица 27
Значения
коэффициентов
,
учитывающих размеры детали в опасном
сечении
|
Напряженное состояние и материал |
Значение
| |||||||
|
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
70 |
100 |
200 | |
|
Изгиб для углеродистой стали |
0,95 |
0,92 |
0,88 |
0,85 |
0,81 |
0,76 |
0,70 |
0,61 |
|
Изгиб для высокопрочной легированной стали и кручение для всех сталей |
0,87 |
0,83 |
0,77 |
0,73 |
0,70 |
0,65 |
0,59 |
0,52 |
при диаметре вала,мм
Таблица 28
Коэффициент влияния асимметрии цикла на прочность детали
|
Материал |
|
|
|
Углеродистая сталь |
350...550 650...750 |
0,00 0,05 |
|
Хромоникелевая сталь |
300...1200 |
0,10 |
,
Н/мм2
Таблица 29
Расчет посадки с натягом
|
Наименование |
Обозначение |
Единица измерения |
Формула, источник, обоснование |
|
Диаметр вала |
|
мм |
|
|
Длина ступиц за вычетом фасок |
|
мм |
Эскизная
компоновка контура
|
|
Расчетный диаметр детали |
|
мм |
Для сплошного колеса - диаметр впадин зубьев, для облегченного - диаметр ступицы |
|
Вращающий момент |
|
Нм |
|
|
Коэффициент трения |
|
|
|
|
Коэффициент запаса сцепления |
|
|
|
|
Необходимое удельное давление в стыке |
Р |
Н/мм2 |
|
|
Модуль упругости материала |
Е |
Н/мм2 |
Для
стали
|
|
Расчетный натяг |
|
мкм |
|
|
Обработка вала |
|
мкм |
1,25
при
|
|
Обработка отверстий |
|
мкм |
то же |
|
Требуемый минимальный натяг |
|
мкм |
|
|
Посадка
по условию
|
–– |
–– |
Таблица 30 |
|
Отклонение отверстия Отклонение вала |
ES ei |
мкм мкм |
––– ––– |
-
при сборке без нагрева (H7/r6);
- с нагревом (H7/s7
и H7/u8)
;
2,5 при
ei-ES
Таблица 30
Поля допусков посадок с натягом (ЕСДП СЭВ)
|
Диаметр, |
Предельные отклонения, мкм | |||||||
|
мм |
r6 |
s7 |
u8 |
H7 | ||||
|
10...18 |
es |
+29 |
es |
+46 |
es |
+60 |
ES |
+18 |
|
ei |
+18 |
ei |
+28 |
ei |
+33 |
EI |
0 | |
|
Окончание табл. 30 | ||||||||
|
18...24 |
es |
+41 |
es |
+56 |
es |
+74 |
ES |
+21 |
|
|
ei |
+28 |
ei |
+36 |
ei |
+41 |
EI |
0 |
|
24...30 |
es |
+41 |
es |
+56 |
es |
+81 |
ES |
+21 |
|
|
ei |
+28 |
ei |
+36 |
ei |
+48 |
EI |
0 |
|
30...40 |
es |
+50 |
es |
+56 |
es |
+99 |
ES |
+25 |
|
|
ei |
+34 |
ei |
+35 |
ei |
+60 |
EI |
0 |
|
40...50 |
es |
+50 |
es |
+68 |
es |
+109 |
ES |
+25 |
|
|
ei |
+34 |
ei |
+43 |
ei |
+70 |
EI |
0 |
|
50...65 |
es |
+60 |
es |
+83 |
es |
+133 |
ES |
+30 |
|
|
ei |
+41 |
ei |
+53 |
ei |
+87 |
EI |
0 |
|
65...80 |
es |
+62 |
es |
+89 |
es |
+148 |
ES |
+30 |
|
|
ei |
+43 |
ei |
+59 |
ei |
+102 |
EI |
0 |
|
80...100 |
es |
+73 |
es |
+106 |
es |
+178 |
ES |
+35 |
|
|
ei |
+51 |
ei |
+71 |
ei |
+124 |
EI |
0 |
ПРИЛОЖЕНИЕ
Трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А
Таблица П.1
Типы и основные параметры двигателей при нормальной нагрузке
|
Тип двигателя |
Мощность
|
об/мин |
Тип двигателя |
Мощность
|
об/мин |
|
4А71АУ3 |
0,55 |
1400 |
4А132М4У32 |
11,00 |
1460 |
|
4А71В4У3 |
0,75 |
1400 |
4А160 4У3 |
15,00 |
1465 |
|
4А80А4У3 |
1,10 |
1420 |
4А160М4У3 |
18,50 |
1465 |
|
4А80В4У3 |
1,50 |
1415 |
4А180 4У3 |
22,00 |
1470 |
|
4А90 4У3 |
2,20 |
1425 |
4А180М4У3 |
30,00 |
1470 |
|
4А100 4У3 |
3,00 |
1435 |
4А300М4У3 |
37,00 |
1470 |
|
4А100 4У3 |
4,00 |
1430 |
4А200 4У3 |
45,00 |
1470 |
|
4А112М4У3 |
5,50 |
1445 |
4А225М4У3 |
55,00 |
1470 |
|
4А132 4У3 |
7,50 |
1455 |
–– |
–– |
–– |
Таблица П.2
Размеры двигателей, мм
|
Тип двигателя |
Габаритные размеры
|
Установочные и присоединительные размеры | ||||||||||||||||||
|
Общие
|
Исполнение |
Общие
|
М200 | |||||||||||||||||
|
М100 |
М200 | |||||||||||||||||||
|
l30 |
h31 |
d30 |
d24 |
l1 |
l10 |
l31 |
d1 |
d10 |
b1 |
b10 |
h |
h1 |
h5 |
h10 |
l20 |
l21 |
d20 |
d22* |
d25 | |
|
4А71 4А80А 4А80В |
285 300 320 |
201 218 218 |
170 186 186 |
200 |
40 50 50 |
90 100 100 |
45 50 50 |
19 22 22 |
7 10 10 |
6 |
112 125 125 |
71 80 80 |
6 |
21.5 24.5 24.5 |
9 10 10 |
3.5 |
10 |
165 |
12 |
130 |
|
4А90 4А100 4А100 |
350 362 392 |
243 263 263 |
208 235 235 |
250 |
50 60 60 |
125 112 140 |
56 63 63 |
24 28 28 |
10 12 12 |
8 |
140 160 160 |
90 100 100 |
7 |
37.0 31.0 31.0 |
11 12 12 |
4.0 |
12 14 14 |
215 |
15 |
180 |
|
4А112 4А132 А13М |
452 480 530 |
310 350 350 |
260 302 302 |
300 350 350 |
80 |
140 140 178 |
70 89 89 |
32 38 38 |
12 |
10 |
190 216 216 |
112 132 132 |
8 |
35.0 41.0 41.0 |
12 13 13 |
4.0 5.0 5.0 |
16 18 18 |
265 300 300 |
15 19 19 |
230 250 250 |
|
4160 |
624 |
430 |
358 |
350 |
110 |
178 |
108 |
48 |
15 |
14 |
254 |
160 |
9 |
51.5 |
18 |
5 |
15 |
300 |
19 |
250 |
|
4А160М |
667 |
430 |
358 |
350 |
110 |
210 |
108 |
48 |
15 |
14 |
254 |
160 |
9 |
51.5 |
18 |
5 |
15 |
300 |
19 |
250 |
|
4А180 |
662 |
470 |
410 |
400 |
110 |
203 |
121 |
55 |
15 |
16 |
279 |
180 |
10 |
59 |
20 |
5 |
18 |
350 |
19 |
300 |
|
4А180М |
702 |
470 |
410 |
400 |
110 |
241 |
121 |
55 |
15 |
16 |
279 |
180 |
10 |
59 |
20 |
5 |
18 |
350 |
19 |
300 |
|
4А200М |
790 |
535 |
450 |
450 |
140 |
267 |
133 |
60 |
19 |
18 |
318 |
200 |
11 |
64 |
25 |
5 |
20 |
400 |
19 |
350 |
|
4А200 |
830 |
535 |
450 |
450 |
140 |
305 |
133 |
60 |
19 |
18 |
318 |
200 |
11 |
64 |
25 |
5 |
20 |
400 |
19 |
350 |
|
4А225М |
840 |
575 |
494 |
550 |
140 |
311 |
149 |
65 |
19 |
18 |
65 |
225 |
11 |
69 |
28 |
5 |
22 |
500 |
19 |
450 |
|
П р и м е ч а н и е. * Число отверстий: 4 – для двигателей исполнения М200 типов 4А71–А180М, 8 – для типов 4А200М – 4А225М. | ||||||||||||||||||||