РОЗРАХУНОК ВАЛІВ. ЕСКІЗНА КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА

ПРАКТИЧНА РОБОТА

 

РОЗРАХУНОК ВАЛІВ. ЕСКІЗНА КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА

 

Мета роботи: Закріплення знань та одержання навичок в проведенні орієнтовного розрахунку валів, як першої попередньої стадії визначення діаметра вала. Ознайомлення з основними принципами конструювання та визначення розмірів елементів корпусних деталей редукторів загального призначення. Оволодіння практичною методикою послідовного виконання етапів ескізного компонування редукторів різних типів, що мають різноманітні кінематичні та конструктивні особливості.

 

1 ВКАЗІВКИ З САМОПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

1.1 Завдання для самостійної підготовки

Під час підготовки до даного практичного заняття проробити матеріали лекції „Вали та осі“, переглянути та засвоїти основні положення навчальної літератури, що рекомендована. В процесі ознайомлення з матеріалами лекцій звернути увагу на основну відмінність в термінології „вал“ або „вісь“ і спільні риси в призначенні і конструкції, які поєднують ці деталі, що обслуговують передачі.

Класифікувати вали та осі за основними ознаками: за формою геометричної осі, за формою перетину, за загальним виглядом, за кількістю і розташуванням опор, за місцем валів у приводі, тощо.

Звернути увагу на термінологію назв елементів валів найбільш поширеної ступінчастої форми (цапфи, шийки, шипи, п’яти і т.п.).

З’ясувати критерії роботоздатності валів та осей, види їх руйнувань, основні вимоги, що пред’являються  до валів та осей, вимоги до матеріалів для їх виготовлення, порядок вибору матеріалів та їх обробки.

Розглянути види та методи перевірочних та проєктних розрахунків валів та осей, їх етапи і доцільність використання у тих чи інших випадках.

Ознайомитись з методикою найбільш поширеного простого розрахунку валів на міцність - орієнтовного розрахунку. Визначити умовні допущення, які лежать в основі цього розрахунку, переглянути та проаналізувати формули, за якими проводяться розрахунки.

Встановити призначення, роль і місце ескізного компонування у процесі проєктування – підготовки до другого етапу, більш точного, розрахунку валів на міцність – наближеного розрахунку вала. 

Ознайомитись з принципами і послідовністю ескізного компонування редукторів різних типів, видів з різними конструктивними особливостями.

 

1.2 Питання для самопідготовки

1.2.1 В чому основна відмінність вала від осі?

1.2.2 Наведіть класифікацію валів по призначенню.

1.2.3 Наведіть класифікацію валів по формі.

1.2.4 З якою метою використовують порожнинні вали?

 

1.3 Рекомендована література

1. Деталі машин : підручник : затверджено МОН України / А. В. Міняйло [та ін.]. - К. : Агроосвіта, 2013. - 448 с.

2. Павлище В. Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. – Афіша. – С. 560. – ISBN 966-8013-58-1.

3. Проектування привода транспортера в САПР КОМПАС. Курсове проектування з інженерної механіки (деталей машин): навч. посіб. / Укл. О.О. Дереза, С. М. Коломієць. – Мелітополь: ВПЦ «Люкс», 2019. – 197с.

 

2 ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

2.1 Програма роботи

– Виконати орієнтовний розрахунок валів редуктора.

– Виконати розрахунки основних елементів редуктора.

– Побудувати ескізну компоновку редуктора.

– Зробити висновок.

Скласти звіт та захистити роботу.

2.2 Оснащення робочого місця

2.2.1 Методичні вказівки.

2.2.2 Навчальна та наукова література.

 

2.3 Теоретичні відомості

Вал має форму ступінчастого тіла обертання (рисунок 1). Кожна ступень його поверхні виконує певні функції. Вхідні (вихідні) вали редукторів звичайно мають наступні елементи:

- хвостовик 1 використовується для монтажу півмуфти, шківа, зубчастого колеса, зірочки або інших деталей, через які вал сприймає обертаючий момент. Кріплення деталей, що змонтовані на хвостовику вала, може виконуватись за допомогою шпонкового, шліцьового (рідко – штифтового) з’єднання або посадки з натягом. Хвостовик може мати як циліндричну, так і конічну форму;

- ділянка 2 контактує з манжетним ущільненням і характеризується малою шорсткістю поверхні для зменшення зносу вала і ущільнення;

- шипи 3 і 7 використовуються для монтажу підшипників;

- зубчастий вінець шестірні 5, що виготовлений разом з валом, використовується для передачі обертаючого моменту з вала на колесо;

- вільні ділянки 4 та 6 забезпечують необхідні відстані між змонтованими на валі деталями та елементами корпусу.

1.1.png

Завдання та вихідні дані для розрахунків

1 Вихідні дані:

- обертаючі моменти на валах редуктора:

- ведучомий                                   ТІ = 44 Н×м;

- проміжний                                   ТІІ = 212 Н×м;

- ведений                                        ТIІІ = 806 Н×м;

- ділильні діаметри і ширина коліс, мм:

da1ш = 51 мм, b1ш = 48 мм, d2ш  =  233            мм, b2ш = 44 мм;

da1т  = 96 мм, b1т = 94 мм, da2т = 366 мм, b2т = 90 мм.

 

Як правило, у якості завдання на практичне заняття використовується схема двоступінчастого циліндричного редуктора, тому, в залежності від схеми потрібно навести ділильні діаметри та ширину шестірень і коліс обох ступіней.

1.2.png

2 Вибір матеріалу валів

Для валів редукторів звичайно вибирають середньовуглецеві сталі 45, 50, 40Х з термообробкою нормалізація або поліпшування.

tab1.png

 

3 Орієнтовний розрахунок валів

Згідно з методикою розрахунку орієнтовний розрахунок виконується умовно тільки на деформацію кручення, а вплив на міцність вала деформацій згину, концентраторів напружень та характеру навантажень компенсується значно заниженими значеннями допустимих напружень. Діаметр вала визначається з умови міцності на чисте кручення

1.2.1.png

де Тi – обертаючий момент на валі, Н×мм;

[t]кр – допустимі напруження, [t]кр = 15…20 МПа.

Отриманий діаметр повинен бути округленим до числа кратного п’яти для вибору підшипників.

4 Вибір підшипників для валів

На етапі попереднього ескізного компонування у якості опор валів рекомендують використовувати кулькові однорядні радіальні підшипники легкої або ж середньої серії. Основні розміри підшипників – діаметри внутрішнього і зовнішнього кілець і ширина визначаються за каталогом підшипників, за довідниками або за таблицею 2.

tab2.png

 

5 Розміри елементів корпусу редуктора

Визначення основних розмірів корпусних деталей проводиться на прикладі литого чавунного роз’ємного корпусу (рисунок 3). Співвідношення між основними розмірами цього корпуса наведені в таблицях 3 – 6.

Товщина стінки корпусу редуктора, яка відповідає вимогам технології литва і необхідної жорсткості корпусу, мм

1.2.2.png

tab3.png

tab4.png

6 Ескізне компонування редуктора

Мета ескізного компонування – визначення розмірів валів по довжині, зокрема відстаней між серединами опор і серединами елементів передач, які базуються на даному валі. Ці розміри у подальшому будуть використовуватись при наближеному розрахунку вала (розрахунку на спільну дію кручення і згину).

Ескізна компоновка редуктора виконується на аркуші формату А4 у будь-якому стандартному масштабі і повинна містити ескізне зображення редуктора і основний напис.

В даному посібнику прийнято позначення: нижній індекс «ш» – параметр відноситься до швидкохідної ступіні; індекс «т» – до тихохідної ступіні.

Компонування циліндричного двоступінчастого редуктора проводиться у такій послідовності:

1) Вибрати масштаб і намітити розташування компоновки;

2) Провести осьові лінії валів на відстані aWШ і aWT одна від одної;

1.3.png

 

3) Побудувати швидкохідну ступінь у відповідності з розмірами, які було отримано при розрахунку зубчастих передач: dа1Ш, dа2Ш, b1Ш, b2Ш, d1Ш, d2Ш.

4) Побудувати тихохідну ступінь дотримавши зазор 0,8d між швидкохідним колесом і тихохідною шестірнею за розмірами: dа1Т, dа2Т, b1Т, b2Т, d1Т, d2Т.

5) На відстані 1,2d від торця шестірень і кіл виступів зубчастих коліс провести контур внутрішньої поверхні корпусу редуктора.

6) Розташувати підшипники так, щоб торцем вони знаходилися на внутрішній поверхні корпусу, а їх вісь співпадала з віссю валів.

7) Викреслити вали діаметрами di, які були прийняті при орієнтовному розрахунку валів. Довжина ділянок валів: fш = k3 + + δ – B1 + 2d1;   fт = k2 + δ – B3 + 2d3.

8) Визначити графічно a, b, c – відстані між точками прикладення сил. Ці значення будуть вихідними даними для подільшого розрахунку вала.

Один з варіантів ескізної компоновки редуктора показаний на рисунку 4.

7 Висновки по розрахунку

Виконано ескізну компоновку за розмірами, які були отримані при розрахунку передач, а також орієнтовно визначених розмірах валів і підшипників.

 

 1.4.png

Контрольні запитання

1 Назвіть основні типи вихідних кінців валів.

2 Сформулюйте основні вимоги до матеріалів валів.

3 Які матеріали і види обробки найчастіше використовуються при виготовленні валів механічних приводів?

4 З якою метою при проєктних розрахунках вала виконують його ескізне компонування?

5 Поясніть основні терміни, якими характеризують елементи валів (цапфа, шийка, шип, п’ята, тощо).

6 Назвіть функціональні поверхні валів.

7 Як визначити відстані між точками прикладення сил на валі?