2653
.pdf21
где Мэкв – эквивалентный крутящий момент, Нмм; [τ]к = 30-40 МПа - допускаемое напряжение на кручение.
Остальные диаметры вала назначают по конструктивным соображениям с учетом удобства посадки на вал подшипников качения, зубчатых колес и т. д.
Задание 10. По полученным и заданным размерам выполнить эскиз вала с указанием диаметров, шпоночных пазов и свободного участка.
Уточненный расчет вала
Задание 11. Принимаем материал вала из табл. 5.2 и вычисляем пределы выносливости при изгибе σ-1 (МПа) и при кручении τ-1 (МПа).
Таблица 5.2
Марка |
ТО |
НВ или |
σт, |
σВ, |
σ-1 , |
Τ-1 , |
Стали |
НRС |
МПа |
МПа |
МПа |
МПа |
|
|
|
235-262(2) |
540 |
700 |
|
|
45 |
Улучшение |
269-302(1) |
650 |
850 |
0,43 σВ |
0,58 σ-1 |
|
|
235-262(2) |
640 |
850 |
|
|
40Х |
Улучшение |
269-302(1) |
750 |
950 |
0,43 σВ |
0,58 σ-1 |
|
|
235-262(2) |
630 |
850 |
|
|
40ХН |
Улучшение |
269-302(1) |
750 |
950 |
0,43 σВ |
0,58 σ-1 |
|
Цементация |
|
|
|
|
|
20Х |
И закалка |
НRС 56-63 |
800 |
1000 |
0,43 σВ |
0,58 σ-1 |
Задание 12. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям определяется по формуле:
Sσ = σ-1 /( σаКσ/(β εσ) + ψσ σm),
где σ-1 – предел выносливости материала вала, МПа; Кσ = 1,7 – коэффициент концентрации напряжений для шпоночного
паза;
β – коэффициент шероховатости (из табл. 5.3); εσ – масштабный фактор при изгибе, выбирается в зависимости от
предела прочности материала вала (из табл. 5.3); ψσ – коэффициент асимметрии цикла (из табл. 5.3);
σа = Ми/Wи – амплитуда цикла нормальных напряжений;
Mu – суммарный изгибающий момент (из приближенного расчета вала - задание 7), Нмм;
22
Wи = πd3/32 – (d – с)2 bс / 2d – момент сопротивления при изгибе, мм3; значения d (мм) – диаметр вала, b (мм) – ширина шпоночного паза, с = t1 (мм) – глубина шпоночного паза в валу (из табл. 5.3);
σm = Fа1/0,25πd2 – среднее напряжение цикла нормальных напряжений (Fa1, Н – осевое усилие под шестерней из приближенного расчета вала – задание 3).
Таблица 5.3
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
d, мм |
25 |
35 |
40 |
45 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
80 |
b, мм |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
20 |
22 |
25 |
t1, мм |
4 |
5 |
5 |
5,5 |
6 |
7 |
7,5 |
7,5 |
9 |
9 |
β |
0,9 |
0,92 |
0,94 |
0,9 |
0,92 |
0,94 |
0,9 |
0,92 |
0,94 |
0,9 |
εσ , ετ |
0,87 |
0,79 |
0,77 |
0,75 |
0,72 |
0,71 |
0,70 |
0,69 |
0,68 |
0,67 |
ψσ |
0,15 |
0,2 |
0,15 |
0,2 |
0,15 |
0,2 |
0,15 |
0,2 |
0,15 |
0,2 |
ψτ |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
Задание 13. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям определяется по формулам:
Sτ = τ-1 /( τа Кτ/(β τа) + ψτ τm),
где τ-1 – предел выносливости материала вала при кручении, МПа; Кτ = 1,6 – коэффициент концентрации напряжений для шпоночного
паза;
β – коэффициент шероховатости (из табл. 5.3); ετ – масштабный фактор при кручении (из табл. 5.3);
ψτ – коэффициент асимметрии цикла (из табл. 5.3);
τа и τm – амплитуда цикла и среднее напряжение цикла касательных напряжений:
τа = τm = Т/2Wк,
где Т – вращающий момент (из приближенного расчета вала – задание
3), Нмм;
Wк = πd3/16 – (d – с)2 bс / 2d – момент сопротивления при кручении, мм3; значения d, b, с (мм) из табл. 5.3;
Задание 14. Общий коэффициент запаса прочности n = S, который не должен быть меньше допускаемого [n] = [S], т. е.:
S = n ≥ [n] = [S] = 2,5 – 3.
Общий коэффициент запаса прочности вычисляют из равенства:
1/S2 = 1/ Sσ2 + 1/ Sτ2 или S = Sσ · Sτ (Sσ2 + Sτ2)1/2,
где Sσ - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
23
Sτ - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.
Тема 6. Расчет подшипников качения [1, 2, 4.]
Подбор и расчет подшипников качения по динамической грузоподъемности проводят в следующем порядке:
1)предварительно назначают тип подшипника и схему его установки;
2)для выбранного подшипника выписывают данные: для шарико-
вых радиальных – значения динамической С, Н, и статической С0, Н, грузоподъемностей; для радиально-упорных – значение динамической грузоподъемности С, Н, значение коэффициентов радиальной Х и осевой Y нагрузок, значение коэффициента осевого нагружения – е; для упорных – значение динамической грузоподъемности С, Н, значение коэффициентоа осевой Y нагрузок, значение коэффициента осевого нагружения – е;
3)определяют осевые составляющие S и осевые силы Fа;
4)сравнивают значение Fа/(Fr V) с коэффициентом е и окончательно принимают значения коэффициентов Х и Y: при Fа/(Fr V) ≤ е принимают Х = 1 и Y = 0; при Fа/(Fr V) ≥ е принимают ранее выбранные значения Х и Y (из табл. 6.1); V = 1 – коэффициент вращения внутреннего кольца подшипника;
4)вычисляют эквивалентную динамическую нагрузку Р, Н;
6)оценивают пригодность выбранного подшипника по расчетной долговечности Lh, час, которая должна быть равна или больше номинальной.
Задание 1. Выбрать радиальный шарикоподшипник средней серии вала редуктора по исходным данным табл. 6.2: dвн, мм – внутренний диаметр подшипника качения; Fr, Н – радиальная нагрузка, действующая на подшипник; n, об/мин – частота вращения вала; Lh, час – номинальная долговечность подшипника, С, кН – динамическая грузоподъемность. Определить эквивалентную нагрузку Р, Н, действующую на подшипник:
Р = Fr Vkσ kτ,
где Fr – радиальная нагрузка, Н;
V – кинематический коэффициент, отражающий снижение долговечности подшипника при вращении его внешнего кольца, при вращении внутреннего кольца равен 1;
kσ = 1,3…1,5 – коэффициент динамичности нагрузки, зависящий от характера действующей на подшипник нагрузки, для подшипников редукторов всех конструкций;
kτ = 1,05 – коэффициент, отражающий влияние повышения температуры подшипника на его долговечность, при рабочей температуре до
125°С.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fа/(Fr V) ≥ е |
|
|
|||||
Тип подшипника |
|
|
Fа/С0 |
Fа/(Fr V) ≤ е |
|
|
Е |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х |
|
Y |
|
|
Х |
|
|
Y |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0,014 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,30 |
|
0,19 |
||
Радиальный |
|
|
0,056 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,71 |
|
0,26 |
|||||
шарикоподшипник |
|
|
0,11 |
|
1 |
|
0 |
|
|
0,56 |
|
1,45 |
|
1,30 |
|||||||
однорядный |
|
|
0,28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,15 |
|
0,38 |
|||||
|
|
|
|
|
|
0,56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,00 |
|
0,44 |
||
|
|
|
|
|
|
0,014 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,81 |
|
0,30 |
||
Радиально-упорный |
|
|
0,057 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,46 |
|
0,37 |
|||||
шарикоподшипник |
|
|
0,11 |
|
1 |
|
0 |
|
|
0,45 |
|
1,22 |
|
0,45 |
|||||||
однорядный |
|
|
0,29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,14 |
|
0,52 |
|||||
|
|
|
|
|
|
0,57 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,00 |
|
0,54 |
||
Упорный шарикопод- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
шипник однорядный |
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вариант |
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
6 |
|
7 |
|
8 |
|
|
9 |
|
10 |
|||
dвн, мм |
40 |
45 |
|
50 |
|
55 |
|
60 |
65 |
|
30 |
|
35 |
|
|
35 |
|
20 |
|||
Fr, Н |
2750 |
2800 |
|
2820 |
|
2750 |
|
2680 |
2820 |
|
2750 |
|
2750 |
|
2680 |
2700 |
|||||
n, |
800 |
900 |
|
850 |
|
800 |
|
850 |
900 |
|
800 |
|
850 |
|
900 |
|
800 |
||||
об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lh , час |
104 |
104 |
|
104 |
|
104 |
|
104 |
104 |
|
104 |
|
104 |
|
|
104 |
|
104 |
|||
С, кН |
31,9 |
37,8 |
|
48,5 |
|
56,0 |
|
64,1 |
72,7 |
|
22,0 |
|
26,2 |
|
|
26,2 |
|
12,5 |
Задание 2. Вычислить расчетную долговечность подшипника с учетом его динамической грузоподъемности С, Н (из табл. 6.2):
Lh = 106/60n · (С/Р)3.
Задание 3. Выбрать радиально-упорный шарикоподшипник средней серии вала редуктора по исходным данным табл. 6.3: dвн, мм – внутренний диаметр подшипника качения; Fr, Н – радиальная нагрузка, действующая на подшипник; Fа, Н – осевая нагрузка на валу; n, об/мин – частота вращения вала; Lh , час – номинальная долговечность подшипника, С, кН – динамическая грузоподъемность; Х – коэффициент радиальной нагрузки; Y – коэффициент осевой нагрузки. Определить эквивалентную нагрузку Р, Н, действующую на подшипник:
Р = (ХFr V + YFа) kσ kτ, где kσ = 1,3; kτ = 1,05.
25
Таблица 6.3
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
dвн, мм |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
30 |
35 |
35 |
20 |
Fа, Н |
550 |
600 |
700 |
750 |
650 |
720 |
700 |
650 |
600 |
500 |
Fr, Н |
2250 |
2560 |
2800 |
2700 |
2550 |
2600 |
2450 |
2400 |
2500 |
2400 |
n, |
800 |
900 |
850 |
800 |
850 |
900 |
800 |
850 |
900 |
800 |
об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lh , час |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
С, кН |
39,2 |
48,1 |
56,3 |
68,9 |
78,8 |
89,0 |
25,6 |
33,4 |
33,4 |
14,0 |
Задание 4. Вычислить расчетную долговечность подшипника с учетом его динамической грузоподъемности С, Н (из табл. 6.3):
Lh = 106/60n · (С/Р)3.
Задание 5. Выбрать упорный шарикоподшипник средней серии вала редуктора по исходным данным табл. 6.4: dвн, мм – внутренний диаметр подшипника качения; Fr, Н – радиальная нагрузка, действующая на подшипник; Fа, Н – осевая нагрузка на валу; n, об/мин – частота вращения вала; Lh , час – номинальная долговечность подшипника, С, кН – динамическая грузоподъемность; Х – коэффициент радиальной нагрузки; Y – коэффициент осевой нагрузки. Определить эквивалентную нагрузку Р, Н, действующую на подшипник:
Р = (ХFr V + YFа) kσ kτ, где kσ = 1,3; kτ = 1,05.
Таблица 6.4
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
dвн, мм |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
30 |
35 |
35 |
25 |
Fа, Н |
500 |
650 |
750 |
700 |
600 |
700 |
620 |
600 |
550 |
500 |
Fr, кН |
2,25 |
2,56 |
2,80 |
2,70 |
2,55 |
2,60 |
2,45 |
2,40 |
2,50 |
2,40 |
n, об/мин |
800 |
900 |
850 |
800 |
850 |
900 |
800 |
850 |
900 |
800 |
Lh , час |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
104 |
С, кН |
51,3 |
59,2 |
71,8 |
82,0 |
92,1 |
104,0 |
32,9 |
40,8 |
40,8 |
25,7 |
Задание 6. Вычислить расчетную долговечность подшипника с учетом его динамической грузоподъемности С, Н (из табл. 6.4):
Lh = 106/60n · (С/Р)3.
26
Библиографический список
Основная литература
1.Иванов, М. Н. Детали машин [Текст] : учебник / М. Н. Иванов. – М. :
Высш. шк., 2000. – 383 с.
2.Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин [Текст] / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. – М. : Высш. шк., 2000. – 447 с.
Дополнительная литература
3.Чернавский, С. А. Проектирование механических передач [Текст] / С. А. Чернавский, Г. А. Снесарев, Б. С. Козинцов. – М. : Машиностроение, 1984. – 560 с.
4.Детали машин [Текст] : атлас конструкций / под ред. Д. Н. Решетова.
–М. : Машиностроение, 1979. – 360 с.
|
Оглавление |
|
Тема 1. Расчет ременной передачи………………………………… |
4 |
|
Тема 2. Расчет цепной передачи…………………………………… |
7 |
|
Тема 3. |
Расчет зубчатой цилиндрической передачи……………… |
10 |
Тема 4. |
Расчет червячной передачи……………………………….. |
14 |
Тема 5. |
Расчет валов…………….………………………………….. |
18 |
Тема 6. |
Расчет подшипников качения……………………………... |
21 |
Библиографический список………………………………………… |
26 |
27
Виктор Сергеевич Быков Галина Николаевна Вахнина Виталий Викторович Ткачев
Детали машин и основы конструирования Методические указания к выполнению практических работ для студентов специальности
190601 – Автомобили и автомобильное хозяйство
Редактор Е.А. Попова
Подписано в печать 20.11.2009. Формат 60×90/16. Объем 1,7 п.л. Усл. печ. л. 1,7. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 300 экз. Заказ
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 Отпечатано в УОП ГОУ ВПО «ВГЛТА».394087, г.Воронеж, ул.Докучаева, 10