Привод технологической машины

9.2. Проверка прочности шпоночных соединений на ведомом валу

Укажем характерные сечения на расчетной схеме вала арабскими цифрами 1…5.
Крутящие моменты на участках равны:
на участке 5…3: Мк 5-3 = 2238,5 Н·м;
на участке 3…2: Мк 3-2 = 1119,25 Н·м.

Размеры призматических шпонок выбираются по ГОСТ 23360-78 в зависимости от диаметра и длины участка вала, участвующего в соединении.
Условие прочности шпоночных соединений определяются по формуле
,
где Т – крутящий момент на расчетном участке вала, Н·м;
[σсм]- допускаемое напряжение смятия, [σсм] = 120МПа.
d – диаметр участка вала;
h – высота шпонки;
b – ширина шпонки.
Для участка диаметром 90 мм (место установки муфты) имеем: сечение шпонки 25 х 14, глубина паза на валу t1 = 9 мм длину шпонки принимаем l = =125 мм.

Для участка вала диаметром d = 110 мм, имеем сечение шпонки 32 х 18, t1 = 11,0 мм; длину шпонки l = 80 мм при длине ступицы 90 мм.
Крутящий момент, передаваемый шпонкой:

Отсюда:

Из приведенных расчетов следует, что условие прочности шпонок на ведомом валу обеспечено.







9.3. Расчет ведомого вала на усталостную прочность

Изгибающий момент в сечении 1:

Изгибающий момент в сечении 2:
.
Изгибающий момент в сечении 3:
.
Изгибающий момент в сечении 4:
.
Расчет проводим для предположительно опасного сечения I-I.
Определим изгибающий момент М в сечении. Концентратором напряжения в указанном сечении является перепад диаметров с галтелью. Ширина колеса В=90 мм, длина плеча а = l1 - В / 2 = 300 – 45 = 255 мм,
Материал вала – Сталь 45 термообработанная улучшением. При диаметре вала 75…125 мм предел прочности стали 45
Предел выносливости для нормальных напряжений равен:

Предел выносливости для касательных напряжений равен:

Коэффициент запаса прочности S вала определяется по формуле:
,
где - коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям; -допускаемый запас прочности;


Рисунок 8 - Расчетная схема ведомого вала с эпюрами крутящих и изгибающих моментов

;
.
Коэффициенты чувствительности к ассиметрии цикла определяются по формулам:


Определяем , эффективные коэффициенты концентрации напряжений по формулам:
;

В рассматриваемом сечении действует концентратор напряжений в виде перепада диаметров с D = 110 мм на d = 100 мм, с D/d = 110/100 = 1,1 и галтелью.
Радиус галтели равен:
(канавка для выхода шлифовального круга).
Определяем отношения r/d и t/r:
; .
Из таблицы с учетом интерполяций табличных значений определяем
Kσ = 2,65, Kτ = 1,65.
Определяем коэффициенты влияния размеров поперечного сечения вала и :

Коэффициент влияния упрочнения материала равен Кv = 1, так как поверхностное упрочнение вала не предусмотрено.
Коэффициент влияния шероховатости поверхности зависит от шероховатости поверхности вала. Посадочные поверхности валов диаметров более 80 мм под колесом обрабатываются с параметрами шероховатости Ra = 2,5 мкм. Такой поверхности соответствует KF = 1,33.
Суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении:

Осевая сила в рассматриваемом сечении Fa = 0 кН.
Осевой момент инерции сечения:
.
Амплитудное значение цикла нормальных напряжений:

Среднее значение цикла нормальных напряжений составляет:
.
Крутящий момент в этом сечении Т = 1119,25 Н·м = 1119,25·103Н·мм.
Полярный момент инерции сечения:

Амплитудное значение цикла касательных напряжений:

Среднее значение цикла касательный напряжений :
;
;
;
.
Коэффициент запаса прочности S вала в рассматриваемом сечении:
,
Следовательно, вал достаточно прочен при принятых размерах.

9.4. Расчет ведомого вала на статическую прочность

Наибольшая кратковременная нагрузка на вал возникает при пуске машины. В момент пуска крутящий момент на валы редуктора увеличивается в kп = 2,14 раз.
Максимальное нормальное напряжение в рассматриваемом сечении:

Максимальное нормальное напряжение в рассматриваемом сечении:

Эквивалентное расчетное напряжение:

Предел текучести материала вала
Отсюда:

Вал выдержит кратковременные перегрузки при пуске машины.




Библиографический список

Приводы машин: справочник/под ред. В.В. Длоуголий. Л. Машиностроение, 1982. 384 с.
Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения: справочник/ Л.С. Бойко [и др.]. М.: Машиностроение, 1984. 247 с.
Иванов М.Н.Детали машин .Курсовое проектирование М.: Высшая школа. 1984. 551 с.
Расчет зубчатых передач: методические указания по курсам «Детали машин» и «Механика»/ Г.И. Казанский [и др.].Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2002. 36 с.
Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование деталей машин.- М.: Высшая школа. 1985.
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование - М.: Высшая школа. 2002.
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин - М.: Высшая школа. 1985.
Детали машин. Атлас конструкций. Под редакцией Д.Н. Решетова. –М. Машиностроение, 1979.
Гутин С.Я., Власов М.Ю. Информационные технологии в эскизном проектировании и оптимизации параметров зубчатых цилиндрических редукторов. - М.: Высшая школа. 2004.
ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность.
Рекомендации. Расчеты и испытания на прочность. Расчеты на прочность валов и осей. Р 50-83-88.-М.: Госстандарт, 1988.
Перель Л.Я. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор: справочник/ Л.Я. Перель, А.А. Филатов. М.: Машиностроение, 1992. 608с.
Иванов М.Н.Детали машин./М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. М.: Высшая школа. 2003. 408 с.
Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин.- М.: Янтарный сказ. 2004, 455 с.
Решетов Д.Н. Детали машин./Д.Н. Решетов. М.: Машиностроение. 1989. 496 с.
Ряховский О.А. Справочник по муфтам. Л. Политехника, 1991. 381 с.
Вешкурцев В.И. Посадки основных деталей редукторов: учебное электронное текстовое издание. Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2005. Режим доступа: http://www.ustu.ru.








24