Определение фактического коэффициента запаса прочности штока паровой машины, проверка условия прочности для данного штока, страница 4

Формула для нахождения площади  имеет вид

,                                                    (2.8)

где  – внутренний диаметр резьбы болта, мм².

Исходя из полученных данных, преобразуем выражение (2.5) в формулу для определения

.                                                (2.9)

Допускаемое напряжение найдём по формуле

.                                                 (2.10)

Так как болт изготовлен из стали, то за  предельное напряжение  принимается предел текучести . Учитывая класс прочности детали, равный 4.6, найдём  и  [2, с.29].  Н/мм²,  Н/мм². Допускаемый коэффициент запаса прочности  для стали из технического задания .

Подставляя численные значения в выражение (2.10), получаем

 Н/мм².

Найдём  по формуле (2.9)

 мм.

Тогда исходя из условия  мм, выбираем болты с метрической резьбой М12 (номинальный диаметр  мм) [2, с.27].

Из рассмотрения рис. 2.1 следует, что

 мм.                     (2.11)

Тогда исходя из условия  мм, необходимо использовать Болт М12×65,46 ГОСТ 7798-70.

Получены предварительные размеры для длины и номинального диаметра болта. Необходимо провести проверочный расчёт болта на прочность используя полученные размеры.

2.2. Проверочный расчёт болта на прочность

В данном разделе необходимо:

а) определить усилие затяжки гайки;

б) проверить болт на усталостную прочность.

Критерии расчёта:

а) герметичность соединения;

б) усталостная прочность.

Определим усилие затяжки гайки [2, с.5]

,                                                     (2.12)

где  – коэффициент основной нагрузки.

Назначаем  равное  [2, с.12].

Подставляя значение в выражение (2.12) получаем

 Н.                          (2.13)

Проверим болт на прочность по амплитуде цикла. Необходимо выполнение условия .

Определим  по формуле

,                                                               (2.14)

где  – предельная амплитуда цикла напряжений, Н/мм²;  – амплитуда цикла напряжений, Н/мм².

Амплитуду цикла напряжений  находим по формуле [2, с.13]

,                                                                (2.15)

где  – площадь сечения болта по внутреннему диаметру.  мм²

[2, с.27].

Тогда

 Н/мм².

Предельная амплитуда цикла напряжений  определяется по формуле

[2, с.14]

,                                                                 (2.16)

где  – предел выносливости материала болта при растяжении сжатии, Н/мм²;  – эффективный коэффициент концентрации напряжений;  – масштабный коэффициент.

 определяется как  Н/мм² [2, с.14]. При  мм коэффициент   равен  [2, с.29]. Коэффициент  при   Н/мм² равен  [2, с.30].

Подставляя численные значения в выражение (2.16), получаем

 Н/мм².

Определим значение , подставив численные значения в формулу (2.14)

.

Сравним численное значения  и  . Таким образом, видно, что . То есть следует выбрать Болт М16×60,48 ГОСТ 7798-70 в количестве 12 штук. Усилие затяжки  кН.

3. Проектирование узла привода

3.1. Энергокинематический расчет узла привода

Задачей данного раздела является расчет крутящих моментов, частот вращения, мощностей на всех валах и передаточных чисел для быстроходной и тихоходной зубчатых передач.

Кинематическая схема узла привода

 

I – входной (быстроходный) вал; II – промежуточный вал; III – выходной (тихоходный) вал; 1-2 – быстроходная передача; 3-4 – тихоходная передача; ИМ – исполнительный механизм

Рис. 3.1

По данным технического задания определим мощность на валу III

,                                                           (3.1)

где - крутящий момент на валу III, Н∙м, - угловая скорость вала III, рад/с.

Угловую скорость  найдем по формуле

рад/с,                                       (3.2)

где - частота вращения вала III, об/мин.

Тогда мощность на валу III равна