3 Технический проект

3.1 Проверка опасного сечения промежуточного вала на долговечность

Оценку сопротивления усталости вала выполняют по величине общего коэффициента запаса прочности S[7, с.169], [8, с.325]:

(3.1)

где – коэффициент запаса прочности по нормальным напряже­ниям изгиба при симметричном цикле (R=-1,_m= 0,_a=_max =_И;_И= 10³М/W);

–коэффициент запаса прочности по касательным напря­же­ниям кручения при нулевом цикле (R= 0,_m=_a=_max/2 =_K/2;_K = 10³Т/W_P);

–коэффици­енты снижения пределов выносливости реальной детали по сравнению с пределами (_-1,_-1) образцов;

_- коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла.

В соответствии с рисунком 2.4 и таблицей 2.7 на валу два опасных сечения.

Концентраторы напряжений:

сечение 1 – посадка с натягом колеса z_2Б 48 Н7/s6 и шпоночный паз 14х9х36, гдеt₁= 5,5 мм – глубина паза на валу.

сечение 2 – зубчатая шестерня d_f1= 52.45 мм.

Параметр [7, с.170, 171]	Концентратор в сечении 1		Концентратор в сечении 2	Примечание
	посадка z2Бс натягом	шпоночный паз	Зубчатая шестерня
1 эффективный коэффициент концентрации напряжений		K= 2,2 К= 2,05	K= 1,7 К= 1,55	B= 900 МПа d=48 мм df1= 52,45мм
2 Коэффициент влияния абсолютных размеров сечения		Кd= 0,88 Kd= 0,77	Кd= 0,86 Kd= 0,75
Отношение	K/Kd= 4,0 K/Kd = 2,4	2,5 2,66	1,98 1,92

Так как K_/K_d= 4,0 от посадки имеет большее значение, чем от шпоночного паза и зубчатой шестерни (2,5 и 1,98) при небольшой разницеK_/K_d, то [7, с.170] дальше расчет ведем с учетом натяга от посадки колесаz_2Б.

Коэффициенты влияния качества поверхности [7, с.170] при чистовом шлифовании (R_a= 1,6…3,2)K_F= 0,84;K_F= 0,9.

Коэффициент влияния поверхностного упрочнения [7, с.170]:

K_V= 2,7 – закалка ТВЧ.

Тогда

.

Пределы выносливости образцов материала: сталь 40Х [7, с.165] при D120 мм и Н270 НВ_-1= 410 МПа;_-1= 240 МПа; коэффициент_= 0,1.

Момент сопротивления “нетто” (за вычетом шпоночного паза) поперечного сечения [7, с.166]:

1. на изгиб W_нетто =W–W_шп,

где W=d³/32 =48³/32 = 10851 мм³– момент сопротивления сплошного вала (“брутто”).

W_шп=bh(2d–h)²/(16d) = 149(248 – 9)²/(1648) = 1241 мм³– момент сопротивления шпоночного паза;

W_нетто=10851–1241=9610мм³;

б) на кручение

W_Рнетто= 2W–W_шп= 210851–1241=20461мм³.

Напряжения:

а) изгиба _И= 10³М/W= 10³29,4/10851 = 2.7 МПа;

б) кручения _К= 10³Т/W_Р = 10³36/20461 = 1.8 МПа.

Коэффициенты: S_ = 410/ 1,552.7 = 97.9;

S_ = 2240/ (0,93 + 0,1)1.8 = 258.9;

S= 97.9259.9 / (97.9²+ 258.9²)^1/2= 91.57[S] = 1,5…2,5 [7, с. 169].

Сопротивление усталости в течение срока службы в опасном сечении промежуточного вала обеспечивается.

3.2 Расчет болтов крепления редуктора к раме

Схема нагружения и стыка редуктора с размерами даны на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Расчетная схема стыка

Внешняя нагрузка на редуктор: T_Б= 55,42 Нм; Т_Т= 1638,8 Нм;F_М= 4400 Н;F_ВХ=588,08 Н;F_ВУ= 102,7 Н . Болты (таблица 2.3): М1,d₁= 20 мм; количествоz= 4; диаметр отверстия под болтd₀= 21 мм.

Длины, необходимые для расчета, взяты с чертежа редуктора.

Собственной массой редуктора пренебрегаем в запас прочности.

Нагрузка на стыке: F_x= 0;F_y=F_ВХ=588 Н; F_z=F_ВУ-F_М=4400-102,7 = 4300 Н (отрывающая);

М_х=T_т-T_б+(F_ВХ)0,205+(-F_М+F_ВУ)(0,535/2 – 0,18)= 1086 Нм;

М_у=F_М0,305+F_ВУ 0,26 =1370Нм;

T_z=F_ВХ0,26=153Нм

Наиболее нагруженный болт №3.

Внешние усилия в зоне наиболее нагруженного болта [8, с.113]:

F_Тz= 10³T_z/(z),

где = (x₁²+y₁²)^1/2= (175²+ 245²)^1/2= 300 мм – расстояние от центра масс стыка О до оси болта №3;

F_Tz= 10³T_z/(z)=128 Н

F_Fy=F_y/z=147 Н

Сдвигающая сила, приходящаяся на болт №3 (рисунок 3.1):

F_ = (F_Tz² + F_Fy² +2F_TzF_Fycos)^1/2 = 260 Н

F_Fz=F_z/z= 1075 Н

F_Mx = 10³M_x/(4y₁) = 1890Н;

F_My = 10³M_y/(4x₁) = 1550 H.

Отрывающая сила в зоне болта №3:

F = F_Mx + F_My - F_Fz = 2370 H.

Усилия предварительной затяжки:

а) на сдвиг:

F_зат1 = k₁F_/(if) + F_Fz = 3675

где k₁= 1,5 – коэффициент запаса сцепления на сдвиг (k₁= 1,5…2);

i= 1 – число стыков в соединении;f= 0,15 – коэффициент трения на стыке;

б) на отрыв:

F_зат2=k₂(1 –)[F_z+ 10³A_ст(M_x/W_стX+M_y/W_стY)]/z,

где k₂= 2 – коэффициент запаса на отрыв: при F –const(k= 1,5…2);

 = 0,25 – коэффициент внешней нагрузки при жестком стыке;

W_стX=I_ст/Y_max,W_стY=I_стY/x_max– моменты сопротивления стыка изгибу (приближенно, ввиду малости влияния отверстийd0 под болты, допускается вычислять без их учета):

I_стХ= 2bl³/12 =bl³/6 = 40490³/6 = 78410⁶мм⁴,

y_max= 267,5 мм,W_стX= 78410⁶/267,5 = 2,910⁶мм³;

I_стY= 2(b³l/12 +blx₁²) =bl(b²/6 + 2x₁²) = 40490(40²/6 + 2145²) = 82910⁶мм⁴;

x_max= 175 мм,W_стY= 82910⁶/175 = 4,710⁶мм³;

А_ст= 2bl= 240490 = 39,210³мм²– площадь стыка;

F_зат2= 2(1- 0,25)[4300+ 39,2(1086 /2,9 +1370 /4,7)]/4 = 11402 Н.