2. Разработка конструкций вала, подбор шпонок, подшипников

Диаметры выходных концов вала найдём по формуле:

Примем стандартное значение

Длина концевого участка вала

Диаметр под подшипник ; длина

Выберем подшипник легкой серии по :

наружный диаметр – ; ширина подшипника –

Диаметр под колесо ; длина

Подберем шпонку на участке вала под колесо по диаметру : ширина шпонкивысота шпонки

Диаметр предназначен для упора колеса.

Ширину и высоту шпонки на выходном участке вала выберем по диаметру : ширина шпонкивысота шпонки

Проверим шпонки на смятие .

Шпонка 16 х 10 х 150.

Сила, действующая на шпонку .

Площадь смятия .

Допускаемое напряжение на смятие МПа;

.

Шпонка 14 х 9 х 70.

Сила, действующая на шпонку .

Площадь смятия .

Допускаемое напряжение на смятие МПа;

.

3. Определение усилий в зацеплении

Окружные:

Радиальные:

Сила действия муфты:

Рисунок 1 – Усилия на валу

4. Расчёт на совместное действие изгиба и кручения

Вертикальная плоскость

Определяем опорные реакции:

Проверка

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y:

_{Рисунок 2 – Эпюры для вертикальной плоскости}

Горизонтальная плоскость

Определяем опорные реакции:

Проверка

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y:

_{Рисунок 3 – Эпюры для горизонтальной плоскости}

Эпюра крутящих моментов

Строим эпюру крутящих моментов:

_{Рисунок 4 – Эпюра крутящих моментов}

5. Определение диаметров ступеней по условию статической прочности

Определяем суммарные радиальные реакции:

Определяем суммарные изгибающие моменты:

_{Эквивалентные моменты:}

_{Диаметры вала}

6. Определение запасов прочности на сопротивление усталости

В данной конструкции есть несколько ослабленных мест: в сечениях II,III,V, VIIрасположены канавки или галтели, в сеченияхIV,VIIIрасположены шпонки, в сеченияхI,VIрасположены подшипники, но, судя по эпюрам, наиболее критичными являются сеченияIII и VIII (рисунок 5).

Рисунок 5 – Чертеж вала

Расчет по опасному сечению III.

_{Диаметр вала d = 50 мм.}

Момент сопротивления на изгиб:

Изгибающий момент в сечении:

Напряжения в опасных сечениях:

Коэффициенты снижения предела выносливости:

Для стали 40ХН приd = 50мммасштабный фактор:

при изгибе K_d=1,65∙d^–0,185=1,65∙50^–0,185=0,8; при крученииK_d=1,56∙d ^–0,21=1,56∙50 ^–0,21=0,68.

Определяем влияние концентрации для шпоночного паза, выполненного концевой фрезой:

K_= 6∙10^-7∙_B² + 0,0002∙_B+ 1,57=6∙10^-7∙920² + 0,0002∙920 + 1,57 = 2,26;

K_= –5∙10^-7∙_B² + 0,0023∙_B+ 0,38= –5∙10^-7∙920² + 0,0023∙920 + 0,38 = 2,07;

здесь _B=920 МПа– предел прочности.

Рассмотрим влияние качества поверхности. Примем шероховатость R_a=0,8мкм тогда при_B=920 МПа:

К_Fσ=К_Fτ=1–1,3∙10^–4∙_B =1–1,3∙10^–4∙920 = 0,88.

Влияние поверхностного упрочнения.Повышение твердости в нашем случае не требуется, поэтому принимаемK_V=1.

Итоговые коэффициенты:

K_σD=(K_σ/K_dσ+1/K_Fσ–1)/K_V =(2,26/0,8+1/0,88–1)/1 = 2,96;

K_τD=(K_τ/K_dτ+1/K_Fτ–1)/K_V=(2,07/0,68+1/0,88–1)/1 = 3,18.

Коэффициент запаса прочности в сечении получим:

здесь _=0,1– коэффициент чувствительности по асимметрии цикла по касательным напряжениям.

Итоговый запас прочности

Полученный коэффициент запаса прочности значительно больше допускаемого [n]=1,5…2.