1 .4. Проектировочный расчёт валов,

выбор подшипников и определение межосевых расстояний

с учётом габаритов подшипников

1.4.1. Выбор муфты

//Внимание! При составлении пояснительной записки представленный ниже текст необходимо редактировать в соответствии с ходом Вашего решения. Стиль редактирования представлен в 1.1. – 1.3.//

Проектируемый узел электромеханического привода входит в состав редуктора, входной вал который через ременную передачу связан с валом электродвигателя, а выходной вал редуктора через муфту связан с исполнительным механизмом. Это позволяет получить предварительную оценку диаметра d_В присоединительного участка выходного вала редуктора, используя параметры стандартной муфты. Параметры муфт, в том числе допускаемый момент М_кр и максимальный диаметр вала d_м, на который устанавливается муфта, указаны в соответствующих сортаментах муфт [4]. Выбрав муфту, можно определить наименьший диаметр выходного вала редуктора.

Муфта выбирается по моменту М_кр, допускаемому для данного номера муфты. При этом наибольший расчётный момент на выходном валу не должен превышать допускаемого для данного номера муфты момента М_кр:

k T_им  М_кр, (1.10)

где k – коэффициент перегрузки привода.

Коэффициент перегрузки принимается в зависимости от приводимого механизма; для транспортёров, компрессоров и воздуходувок, центробежных насосов k = 1,25 ... 2. Как правило, k < Т_П/ Т_Н.

Значения М_кр для зубчатых муфт приведены в таблице 2 [4].

Таблица 2

Параметры зубчатых муфт

№ муфты	Мкр, Нм	nmax, об/мин	Присоединительный диаметр муфты dМ, мм	Длина присоединительного участка муфты lМ, мм	Диаметр ступицы DМ., мм
1	700	6300	 40	 55	55
2	1370	5000	 50	 70	 70
3	3090	4000	 60	 85	 90
4	5500	3350	 75	 105	 110
5	7850	2800	 90	 115	 130
6	11580	2500	 105	 125	 140

Так, конструктивно диаметр участка выходного вала редуктора d_п1, на котором установлен подшипник качения, не может быть меньше присоединительного участка выходного вала d_В, на котором установлена муфта (рис.2).

Значение диаметра выходного вала редуктора d_В можно принять, исходя из следующего. Прочностной расчёт вала выполняется с учётом напряжений от изгиба и кручения, которые зависят от значения диаметра в третьей степени. Если при выборе муфты значение k T_им практически равно М_кр, то принимаем d_В = d_М, где d_М – наибольший присоединительный диаметр данного номера муфты (таблица.2).

Если k T_им  М_кр, то предварительно значение диаметра d_В можно определить, используя соотношение

d_В  d_М (k T_ИМ /М _кр)^1/3. (1.11)

Окончательно принимается значение d_В из ряда нормальных линейных размеров R40:

...24; 25; 26; 28; 30; 32; 34/35;36; 38; 40; 42; 45/47; 48; 50; 53; 56; 60/62; 63/65; 67/70; 71/72; 75; 80; 85; 90; 95; 100 мм.

При этом разность d_М – d_В не должна превышать 10 мм.

Пример1

Определим диаметры выходного вала двухступенчатого редуктора, выполненного по схеме на рис.1. Крутящий момент на выходном валу Т_В = 1000 Нм.

Примем k = 2. Требуемый момент kT_В  2000 Нм. В данном случае можно применить муфту №3, момент М_кр = 3090 нМ; диаметр d_М  60 мм.

Муфта №3 выбрана с запасом, поэтому диаметр присоединительного отверстия муфты и, соответственно, диаметр d_В может принять меньше 60 мм. Значение диаметра вала d_В оценим по отношению крутящих моментов kT_В/М_кр и получим d_В  d_м (kT_В/М_кр)^1/3 = 51,9 мм; Окончательно назначим значение d_В из ряда нормальных линейных размеров R40.

П римем d_В = 53 мм.

Значение диаметра вала d_п1, на котором будет установлен подшипник качения, должно быть кратно пяти (при диаметре внутреннего кольца подшипника d  20 мм). Из условия сборки деталей на валу, очевидно, диаметра вала d_п1 должен быть больше d_В = 53 мм, т.е. d_п1 выбирается из ряда значений 55, 60, … мм.

Буртик, фиксирующий муфту в осевом направлении, выбирается в пределах от 1,12 до 1,15 диаметра вала. В данном случае он равен 59 …61 мм. Примем значение d_п1 = 60 мм.

Диаметр участка вала d_зк, на котором устанавливается зубчатое колесо, должен быть несколько больше d_п1 = 60 мм. Примем из ряда нормальных линейных размеров R40 ближайшее значение d_зк = 63 мм. Соответственно, диаметр буртика, фиксирующего зубчатое колесо в осевом направлении, примем равным 72 мм.

1.4.2. Проектировочный расчёт валов

Предварительно диаметры валов можно назначить, учитывая следующие рекомендации. Валы находятся под действием крутящих и изгибающих моментов. На данном этапе разработки проекта Вам известны только крутящие моменты на валах. При проектировочном расчёте значение диаметра вала в местах установки зубчатых колёс можно определяют, исходя из условия

d  (Т/ 0,2 [])^1/3, (1.12)

где допускаемое напряжение [] = (0,026 ...0,036) _в ; наименьшие значения принимаются для быстроходных валов, средние – для промежуточных, наибольшие – для тихоходных валов.

Обычно в качестве материала валов при положительных климатических температурах используют сталь 40 нормализованную, временное сопротивление которой равно _в = 580 МПа для заготовок диаметром до 100 мм.

При использовании шпоночных соединений значение вала по (1.12) увеличивают на 6 ... 8%.

Пример 2

Определим диаметры валов двухступенчатого редуктора, выполненного по схеме на рис.1. Крутящий момент на выходном валу Т_В = 1000 Нм, момент на промежуточном валу Т_П = 310 Нм; момент на входном валу Т_Вв = 75 Нм.

Примем допускаемое напряжение для входного вала [] = 0,026_в = 15 МПа; для промежуточного вала [] = 0,030_в = 17,5 МПа; для выходного вала [] = 0,036_в = 21 МПа. Согласно (1.12) диаметр входного вала d_Вв  29,2 мм; промежуточного вала d_Вп  44 мм; выходного вала d_В  62 мм. Так как значение внутреннего диаметра подшипников качения кратно 5 мм, то предварительно можно принять следующие диаметры участков валов для установки подшипников: d _п1 = 55 или 60 мм; d _п2 = 35 или 40 мм; d _п3 = 30; 35 или 40 мм в зависимости от конструкции валов. В частности, диаметр участка входного вала для установки шкива ременной передачи можно принять равным диаметру d_эд вала ЭД; диаметра участка входного вала для установки подшипника должен быть несколько больше.

1.4.3. Предварительный выбор подшипников качения

На данном этапе разработки проекта, определив диаметры валов в местах установки подшипников качения, можно предварительно назначить тип подшипника.

РУКОВОДСТВУЙТЕСЬ следующим при выборе типа подшипников.

1. Последние два числа в обозначении типоразмера подшипников качения – шифр внутреннего диаметра. Чтобы узнать значение внутреннего диаметра данного подшипника в миллиметрах, умножьте это двузначное число на 5. Это правило применимо для подшипников, начиная с внутреннего диаметра 20 мм. Так, внутренний диаметр подшипника 208 равен 40 мм, а 2212 равен 60 мм.

Третья справа цифра в обозначении – шифр серии подшипника: 1 – особолёгкая, 2 – лёгкая, 3 – средняя, 4 – тяжёлая серия и другие.

2. Предварительно назначьте подшипники выходного вала лёгкой серии, а входного и промежуточного средней серии.

3. Для опор, не воспринимающих или воспринимающих незначительные осевые нагрузки, выбирают шариковые радиальные подшипники или шариковые радиально – упорные подшипники.

4. Для промежуточных валов (наиболее нагруженных радиальными и осевыми нагрузками) назначьте подшипники роликовые конические.

Назначив типоразмеры подшипников, укажите их стандартное обозначение и параметры в таблице 3.

Таблица 3

Параметры подшипников

Вал	Обозначение подшипника	d п	D п	T или В	С кН	С0 кН	е	Y	Y0
Тихоходный
Промежуточный
Быстроходный