Силы, действующие на вал, и эпюры моментов
Основными нагрузками, вызывающими деформацию изгиба валов, являются силы в зубчатых и червячных зацеплениях, натяжения ветвей ремня или цепи соответствующих передач. Силу в зацеплении зубчатых колес или червячной пары раскладывают на три взаимно перпендикулярные составляющие. Окружная сила Ft направлена по касательной к начальным окружностям зубчатых колес; радиальная сила Fr – по радиусу к центру колеса и осевая сила Fa – параллельно оси вала. Потерями на трение пренебрегают и считают, что сила от зуба шестерни на зуб колеса равна и противоположно направлена соответствующей силе от зуба колеса на зуб шестерни. Силы, действующие в зацеплении, определяют по формулам, приведенным в п.п. 4.2.1.4; 4.2.2.4; 4.2.3.4.
На рисунках 4.21…4.29 приведены исходные схемы и возможные эпюры изгибающих и крутящих моментов для валов различных передач. Необходимо отметить, что характер эпюры в каждом конкретном проекте определяется величиной и расположением сил, положением элементов передач на валу и опор вала. Следует помнить, что осевые силы передач создают сосредоточенные изгибающие моменты и определяют «скачки» на эпюрах. Общие правила построения эпюр рассматриваются в курсе сопротивления материалов. При этом эпюры строятся на сжатых волокнах сечения вала.
Для уменьшения результирующей осевой силы на промежуточных валах цилиндрических передач с косозубыми колесами следует выбирать направление зубьев колеса первой ступени и шестерни второй ступени одинаковым, при этом осевые силы на промежуточном валу 
и 
направлены в разные стороны (рисунок 4.24).
|
|
|
В конической прямозубой передаче радиальная сила на шестерне равна осевой силе на колесе 
, а осевая сила на шестерне равна радиальной силе на колесе 
, причем осевые силы всегда направлены от вершин к основаниям конусов. На рисунке 4.22 плоскость X- Z является горизонтальной плоскостью для шестерни и для колеса, плоскость Y - Z – вертикальной плоскостью для шестерни и плоскость X - Y – вертикальной плоскостью для колеса, Fk – внешняя сила (давление на вал от ременной или цепной передачи).
В червячной передаче потерями на трение из-за их значительной величины пренебрегать нельзя. Поэтому Т2 = Т1·u·η, где η 
0,7 
0,85-КПД передачи (уточняется в расчете). На рисунке 4.23 плоскость X- Z является горизонтальной плоскостью для червяка и для колеса, плоскость Y - Z - вертикальной плоскостью для червяка и плоскость X - Y - вертикальная плоскость для колеса. На рисунке 4.27 показан промежуточный вал и нагрузка, действующая на него: эпюра изгибающих моментов в вертикальной плоскости построена по правилам ортогонального проектирования, а эпюра изгибающих моментов в горизонтальной плоскости – с использованием аксонометрии. Для разгрузки промежуточного вала двухступенчатой червячной передачи от осевых воздействий направление нарезки червяка второй ступени и направление зубьев колеса первой ступени должны совпадать (рисунок 4.27).
|
|
|
Если на входе или на выходе редуктора имеется открытая зубчатая или червячная, цепная или ременная передача, то на соответствующий вал редуктора действуют на консоли изгибающие силы F к от этих передач (рисунок 4.22). При наличии открытой зубчатой или конической передачи нагрузки на вал определяются аналогично нагрузкам от сил, действующих соответственно в закрытой зубчатой или конической передаче. Значения этих сил берутся из расчета открытых передач п.п. 4.3.1 – 4.3.3.
При наличии на валу соединительной муфты на вал действует неуравновешенная сила, определяемая конструкцией муфты (см. раздел 3.14). В общем случае консольная сила от муфты прикладывается в конце ступицы полумуфты, т.е. находится в торцевой плоскости выходного конца соответствующего вала, причем ее значение можно найти по формулам:
Fk = k × 2T/Dсэ, или 
,
где k = 0,15…0,4 – коэффициент, значение которого определяется типом муфты;
|
|
|
Т – момент на валу, Н · мм;
Dсэ – диаметр расположения силовых элементов, мм (расположение пальцев в муфтах типа МУВП, делительный диаметр звездочек в цепных муфтах, делительный диаметр зубчатой полумуфты и т.д.).
Рекомендуется принимать направление силы от муфты противоположно окружной силе Ft, действующей в червячной или зубчатой передаче.
|
Рисунок 4.21 - Цилиндрическая косозубая одноступенчатая передача
|
Рисунок 4.22 - Коническая прямозубая одноступенчатая передача
|
Рисунок 4.23 - Червячная передача |
|
|
|
Рисунок 4.24 – Цилиндрическая косозубая двухступенчатая развернутая передача
|
Рисунок 4.25 - Цилиндрическая косозубая двухступенчатая соосная передача
|
Рисунок 4.26 – Коническо-цилиндрическая двухступенчатая прямозубая передача
|
Рисунок 4.27 - Двухступенчатая червячная передача
|
Рисунок 4.28 - Зубчато-червячная передача с первой цилиндрической
косозубой ступенью
|
Рисунок 4.29 - Червячно-зубчатая передача со второй цилиндрической прямозубой ступенью
Проектировочный расчет валов
В зависимости от условий работы выбирают материал вала (таблица 4.39).
Определяют диаметр выходного конца вала по минимальным значениям допускаемых напряжений на кручение: 
где Т – вращающий момент, Н · мм;
- допускаемое напряжение на кручение, для валов из сталей 40, 45,
Ст. 5 принимают пониженное напряжение 
= 20-30 МПа.
Полученный результат округляют согласно ГОСТ 6636.
Диаметр выходного конца вала, который соединяется муфтой с валом электродвигателя, не должен отличаться от диаметра вала электродвигателя больше, чем на 20%. При выполнении этого условия соединения валов осуществляют стандартной муфтой.
Диаметр промежуточного вала определяют в опасном сечении, в месте расположения колеса, принимая 
= 10-20 МПа.
Разрабатывают конструкцию вала и по чертежу оценивают его размеры. Окончательно форму и размеры вала определяют после подбора подшипников и компоновки редуктора.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 5538; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!