Проектирование узла привода (КПД привода равен 0,88; передаточное число привода - 18,6), страница 3

5. Проверочный расчет шпоночного соединения

Шпоночные соединения проверяют на смятие и на срез.

Проверка соединения по условию прочности узкой грани шпонки на смятие:

, где - нормальное напряжение смятия;

[] – допускаемое нормальное напряжение для материала шпонки.

Данная формула может быть приведена к виду:

, где =100 МПа

где b – ширина шпонки, мм; h – высота шпонки, мм; l – длина шпонки, мм; t1 – глубина паза, мм. T – вращающий момент на валу, Нм, d – диаметр вала для которого рассчитывается шпоночное соединение.

Проверка шпоночного соединения по условию прочности шпонки на срез. Это условие имеет вид:

, где - касательные напряжения среза; - допускаемое касательное напряжение для материала шпонки.

Данная формула может быть приведена к виду:

, где

Рассмотрим малую шпонку: h=11мм, t1=7.0 мм, l=70 мм, b=18 мм,

Рассмотрим большую шпонку: h=12мм, t1=7.5 мм, l=90 мм, b=20 мм,

Вывод: Размеры шпонок подобраны верно.

6. Проверочный расчет подшипников качения

Внешняя осевая сила составляет Fx=Fa2=4823Н

Радиальные реакции в опорах вала:

Расчетная схема представлена на рис. 4.

рис. 4. Схема расчета подшибников враспор

Определим усилия S1 и S2:

S1= e·Fr1=0,68·60772=41325Н

S2=e·Fr2=0,68·25094=17064Н

где е – эксцентриситет. (Для шариковых радиально упорных подш. е=0,68)

Уравнения равновесия:

Проверка: – верно

Расчетный ресурс подшипников по динамической грузоподъемности определим по формуле:

Где Lh – расчетный ресурс подшипников, ч; n – частота вращения вала, об/мин; с – динамическая грузоподъемность, Н; Р – приведенная нагрузка, Н.

Оценку приведенной нагрузки выполним по формуле:

P=(X·V·Fr1+Y·Fa1)·K·Kt

где X, Y – коэффициенты, V – коэффициент вращения, V=1.

Fr – радиальная сила, Н; Fa – осевая сила, Н; K=1; , Кt=1.

Определим значения X и Y. Для этого рассмотрим условие:

следовательно, X=1 Y=0, тогда,

определим ресурс работы подшипников:

По техническому заданию ресурс вала составляет 1250 часов, следовательно, выбранные подшипники удовлетворяют необходимым условиям.

7. Проверочный расчет вала на выносливость

Проверочные расчеты выполняют для наиболее опасных сечений, в которых имеется концентрация напряжений. Материал вала – сталь 45, термообработка – нормализация. Предел выносливости

Вычислим пределы выносливости и для углеродистой стали:

Расчет вала состоит в определении коэффициентов запаса прочности S для опасных сечений и сопоставлении с требуемым (допускаемым) [S]. Принимаем [S]=2,5 и считаем, что прочность соблюдена если:

Проверку выполнимости условия будем производить в предположительно опасном сечении вала I-I, в котором концентрацию напряжений вызывает наличие выточек на валу.

Коэффициент запаса прочности S определяют из выражения:

запас сопротивления усталости только по изгибу;

где s_-1- предел выносливости стали; K_s - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений, для вала с одной шпоночной канавкой и принимаем K_s= 1.6; - масштабный фактор для случая нормальных напряжений; Для вала, изготовленного из углеродистой стали при диаметре d=70 можно принять

= 0,07975; - коэффициент шероховатости; принимаем =0,97;

- амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба в сечении:

где - изгибающий момент в сечении I-I, Нм, = 3168 Нм

- осевой момент сопротивления сечения вала, ; для сечения сплошного вала, имеющего шпоночный паз, имеем

тогда,

Тогда

Вычислим коэффициент запаса прочности :

- запас сопротивления усталости только по кручению; где t_-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения; K_s - эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений, для вала с одной шпоночной канавкой и принимаем K_t= 1; - масштабный фактор для случая касательных напряжений; согласно, для вала, изготовленного из углеродистой стали при диаметре d=70 можно принять = 0,6625; и- амплитуда и среднее значение от нулевого цикла.