Вертикальный аппарат с приводом и мешалкой

1. Расчет муфты 
   На работу муфты существенно влияют толчки, удары и колебания, поэтому расчет муфты ведут не по номинальному моменту , а по расчетному моменту. 
   [1] стр. 268, формула (11.1): . 
   [1] стр. 272, из табл. 11.3 при переменной нагрузке с перегрузками до 150% выбираем: – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации привода. 
    
   Полученное значение меньше допускаемого , следовательно, по [3] стр. 37 выбираем муфту МПР с диаметром вала 40мм, параметры в таблице 16, размеры в мм:

Таблица 16 – Муфта МПР.

dk	[Tкр], МПа	D1	d2	d3	D	D0	H	H1	H2	H3	H4	H5	H6	d4
40	400	115	32	38	70	95	140	58	20	20	5	4	2	54

2. Подбор шпонки

Длина шпонки:  
[1] стр. 169 из стандартного ряда выбираем . С учетом диаметра вала: Шпонка 10×8×56 ГОСТ 23360-78, характеристики шпонки в таблице 17.

Таблица 17 – Шпонка для полумуфты.

Диаметр вала  dк2, мм	Сечение шпонки b×h, мм	Глубина паза		Фаска S×45o,мм
		вала  t1,мм	втулки  t2, мм
30÷38	10×8	5,0	3,3	0,25÷0,40

3. Проверка шпоночного соединения на смятие 
   

Полученное значение меньше допускаемого , следовательно, условие прочности шпоночного соединения на смятие выполняется.

4. Проверка шпонки на срез 
   

Полученное значение меньше допускаемого , следовательно, условие прочности шпонки на срез выполняется.

5. Подбор шпильки с ввинчиваемыми концами нормальной точности

по ГОСТ 22032-76:

Таблица 18 – Шпилька М10×110 ГОСТ 22032-76.

Шаг	c	d	Внутренний диаметр резьбы	l1=1.d	l	lo
1,5	1,5	10	8,376	10	110	32

6. Подбор шайбы пружинной

Таблица 19 – Шайба 10 65Г ГОСТ 6402-70, m = 0,7S.

Резьба	d	S = b
М10	10,1	2,5

7. Подбор шестигранной гайки нормальной точности

 по ГОСТ 5915-70: 
Таблица 20 – Гайка М10. 5 ГОСТ 5915-70.

Резьба, d	Шаг	S	H	D
М10	1,5	17	8	18,7

 

14. Допуски и посадки

Цель расчета:

Выбрать предельные отклонения валов  по [1] стр. 262 из табл. 10.12 и отверстий по [1] стр. 260 из табл. 10.11;определить наибольший зазор и набольший натяг для переходных посадок.

Исходные данные:

 – диаметры валов под  полумуфтами;

 – посадка полумуфты на  вал;

 – диаметр ведущего вала  редуктора под ступицей;

 – диаметр ведомого вала  редуктора под ступицей;

 – посадка ступицы на  вал;

 – наружный диаметр подшипника  на ведущем валу;

 – наружный диаметр подшипника  на ведомом валу.

 – основное отклонение  для отверстия под подшипник;

 – диаметр ведущего вала  под подшипником;

 – диаметр вала под подшипником.

 – основное отклонение  для ведомого вала под подшипником;

 – диаметр цилиндрической  части корпуса редуктора под  стойкой;

 – основное отклонение  для цилиндрической части корпуса  редуктора под стойкой.

[1] стр. 257-260:

Единая система допусков и посадок  – ЕСДП (ГОСТ 25346-82 и ГОСТ 25347-82) регламентирована стандартами СЭВ и в основном соответствует требованиям Международной  организации по стандартизации –  ИСО.

Номинальный размер – размер изделия,  полученный по расчету или выбранный по конструктивным соображениям.

Изготовленные изделия всегда имеют  некоторые отклонения от номинальных  размеров. Для того, чтобы изделие  отвечало своему целевому назначению, его размеры должны выдерживаться  между двумя допустимыми предельными размерами, разность которых образует допуск. Зону между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют полем допуска.

К различным соединениям предъявляют  неодинаковые требования в отношении  точности. Поэтому система допусков содержит 19 квалитетов: 01, 0, 1, 2, 3, …, 17, расположенных  в порядке убывания точности. Характер соединения деталей называют посадкой. Характеризует посадку разность размеров деталей до сборки.

Посадки могут обеспечивать в соединении зазор S или натяг N. Переходные посадки могут иметь или зазор, или натяг; они характеризуются наибольшим зазором S_max или наибольшим натягом N_max.

Деталь, у которой положение  поля допуска не зависит от вида посадки, называют основной деталью системы. Если этой деталью является отверстие, то соединение выполнено в системе отверстия, нижнее отклонение EJ=0, поле допуска направлено в сторону увеличения номинального размера; если вал – в системе вала, верхнее отклонение es=0, поле допуска направлено в сторону уменьшения номинального размера.

Основные отклонения обозначают буквами  латинского алфавита: для отверстий  прописными A, B, C и. т. д.; для валов строчными a, b, c и. т. д. Преимущественно назначают посадки в системе отверстия с основным отверстием H у которого EJ=0.

Для посадок с зазором рекомендуют  применять неосновные валы f, g, h; для переходных посадок – j_s, k, m, n; для посадок с натягом – p, r, s.

Посадки обозначают комбинациями условных обозначений полей допусков. Цифры  означают номер квалитета.

При назначении посадок следует  пользоваться следующими рекомендациями: при неодинаковых допусках отверстия  и вала больший допуск должен быть у отверстия; допуски отверстия  и вала могут отличаться не более  чем на 2 квалитета.

1. Посадка муфты на вал

 Ç , таблица 21

Таблица 21 – Посадка муфты на вал.

	Отверстие	Вал
Номинальный диаметр, мм	35	35
Верхнее предельное отклонение, мкм	+25	+18
Нижнее предельное отклонение, мкм	0	+2
Наибольший предельный диаметр, мм	35,025	35,018
Наименьший предельный диаметр, мм	35,000	35,002

Наибольший зазор: .

Наибольший натяг: .

Схема поля допуска, рисунок 1:

Рисунок 1 – Схема поля допуска для посадки муфты на вал.

2. Посадка ступицы шестерни на вал 
   Ç , таблица 22:

Таблица 22 – Посадка шестерни на вал.

	Отверстие	Вал
Номинальный диаметр, мм	32	32
Верхнее предельное отклонение, мкм	+25	+25
Нижнее предельное отклонение, мкм	0	+9
Наибольший предельный диаметр, мм	32,025	32,025
Наименьший предельный диаметр, мм	32,000	32,009

Наибольший зазор: .

Наибольший натяг: .

Схема поля допуска, рисунок 2:

Рисунок 2 – Схема поля допуска для посадки шестерни на вал.

3. Посадка ступицы колеса на вал

 Ç , таблица 23:

Таблица 23 – Посадка колеса на вал.

	Отверстие	Вал
Номинальный диаметр, мм	42	42
Верхнее предельное отклонение, мкм	+25	+25
Нижнее предельное отклонение, мкм	0	+9
Наибольший предельный диаметр, мм	42,025	42,025
Наименьший предельный диаметр, мм	42,000	42,009

Наибольший зазор: .

Наибольший натяг: . 

Схема поля допуска, рисунок 3:

Рисунок 3 – Схема поля допуска для посадки колеса на вал.

4. Отверстия под подшипники  
   Ç , Ç , таблица:

Таблица 24 – Посадка подшипников в корпус.

	Ведущий вал	Ведомый вал
Номинальный диаметр, мм	62	80
Верхнее предельное отклонение, мкм	+30	+35
Нижнее предельное отклонение, мкм	0	0
Наибольший предельный диаметр, мм	62,030	80,035
Наименьший предельный диаметр, мм	62,000	80,000

5. Валы под подшипники 
   Ç , Ç и под стойку Ç :

Таблица 25 – Посадка подшипников на валы и стойки в корпус.

	Ведущий вал	Ведомый вал	Стойка
Номинальный диаметр, мм	30	40	180
Верхнее предельное отклонение, мкм	+18	+18	0
Нижнее предельное отклонение, мкм	+2	+2	-63
Наибольший предельный диаметр, мм	30,018	40,018	180,000
Наименьший предельный диаметр, мм	30,002	40,002	179,937

15. Расчет  ведомого вала на выносливость

Исходные данные:

 – окружная сила;

 – осевая сила на колесе;

 – радиальная сила на  колесе;

 – средний делительный  диаметр колеса;

 – расстояние между колесом  и подшипником;

 – расстояние между подшипниками;

 –диаметр вала под подшипником;

 – допускаемый коэффициент  запаса усталостной прочности.

Решение:

1) Рассмотрим плоскость YOZ: ; 
. 
; 
. 
Проверка: .

2) Рассмотрим плоскость XOZ: 
;   . 
; 
. 
Проверка: .

3) Построим эпюру изгибающего момента методом сечений слева направо: 
: ; 
: ; 
: 
; 
. 
В точке А наблюдается скачок на величину момента

4) Построим эпюру изгибающего момента методом сечений слева направо: 
: ; 
: ; 
: 
.

5) Построим эпюру крутящего момента : 
.

 

 

 

6) Из построенных эпюр видно, что опасное сечение – сечение В. 
.

7) В результате действия изгибающего и вращающего моментов во внешнем волокне вала возникают нормальные напряжения , которые изменяются по симметричному циклу , и касательные напряжения , изменяющиеся по закону пульсационного цикла ,. 
, ; 
, .

8) [4] стр. 21, из табл. 1 для стали 40 выбираем: . Предел выносливости 
при изгибе: [4] стр. 10, формула (5): ; 
при кручении: [4] стр. 10, формула (9): .

9) Проточка вызывает концентрацию напряжений, по [4] стр. 22, из табл. 3 выбираем коэффициенты масштабного фактора для наименьшего диаметра от 40 до 50, для углеродистой стали: изгиб: ; кручение: . 
[4] стр. 24, из табл. 5 выбираем коэффициенты концентрации в зоне кольцевой проточки при , , : изгиб: ; кручение: . 
[4] стр. 27, из табл. 10 и 12 выбираем коэффициенты: для шлифованных образцов; , для среднеуглеродистых сталей при кручении.

10) Вычислим коэффициент запаса прочности по касательным и нормальным напряжениям: [4] стр. 19, формула (22) и (23):

;

.

11) Вычислим полный коэффициент запаса по [4] стр. 19, формула (25): 
. 
Полученное значение находится в пределах допускаемого , следовательно, условие прочности выполняется.

16. Список  литературы

 

1. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие  для учащихся машиностроительных специальностей техникумов / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987 г. – 416 с.: ил.
2. Расчеты деталей машин: Справочник / И.М. Чернин, А.В. Кузьмин, Г.М. Ицкович. – Минск: Высшая школа, 1974 г. – 592 с.: ил.
3. Вертикальный аппарат с приводом и мешалкой: Справочные материалы для курсового проектирования. Методическая разработка / Г.А. Бонченко, В.Л. Бульба, А.А. Горшков, В.А. Ломовской, С.Н. Меркурьева, В.Е. Перельман, З.И. Фомкина. – М.: МИТХТ, 2005 г. – 45 с.: ил.
4. Основы теории и методика расчета деталей на выносливость: Учебно-методическое пособие / Г.А. Бонченко, А.А. Горшков, А.Д. Грусков, В.А. Ломовской, С.Н. Меркурьева, В.Е. Перельман, З.И. Фомкина. – М.: ИПЦ МИТХТ, 2004. – 32с.: ил.