Глава 7. Расчет выходного вала редуктора

Исходные данные (из предыдущего расчета)

1. Угловая скорость вала

2. Крутящий момент

3. Коэффициент динамичности внешней нагрузки

4. Делительные диаметры

• 

• 

5. Угол зацепления зубьев

• 

• 

Определение расчетных величин нагрузок, действующих на вал

1. Расчетный момент на валу

2. Расчетная окружная сила на колесе

3. Расчетная аксиальная сила на колесе

4. Расчетное распорное усилие в зацеплении

Выбор материала вала

Для унификации материала возьмем сталь 40ХНА с термоупрочнением. После закалки с высоким отпуском при удовлетворительной вязкости.

Предварительное определение диаметра и конструктивная разработка вала

1. Относительной величиной диаметра отверстия

Для наиболее нагруженного участка вала диаметр вала ищем по условию

2. По ГОСТ 6636-60 принимаем для наиболее нагруженного участка вала под подшипником выходного конца

3. Выполняем следующую конструкцию разработки вала (рис.10).

Рис, 11. Расчетный чертеж вала

Здесь для унификации подшипников шейки вала под оба подшипника принимаем одинаковые Все переходы по диаметрам смежных участков вала выполняем минимальными и радиусными.

Задаемся из легкой серии подшипником № со следующими данными:

• коэффициент работоспособности

• допускаемая статическая нагрузка

Составление расчетной схемы вала как балки и построение эпюр нагрузок и напряжений

1. (рис. 11):

.

2. 

Рис. 12. Расчетная схема нагружения вала, эпюры нагрузок и напряжений

3. Полные реакции и изгибающие моменты

• 

• 

• 

4. Крутящий момент

Считаем, что вдоль по шлицам крутящий момент изменяется линейно.

5. Осевая сила.

На тело вала осевая сила в этой конструкции не переходит, а передается через установочное кольцо сразу на внутреннее кольцо подшипника.

6. Стоим эпюры напряжений по эпюрам крутящего и изгибающего моментов, используются формулы сопротивления материалов:

7. По эпюрам напряжений намечаем два опасных сечения 1-1 и 2-2, по которым следует провести проверочный расчет вала на прочность.

Проверочный расчет вала по сечению 1-1

1. Геометрические характеристики сечения. (рис. 12).

Относительная величина отверстия

Момент сопротивления сечения при изгибе

Момент сопротивления сечения при кручении

Рис. 13. Эскиз вала в месте 1 расчетного сечения

2. Внутренние моменты в сечении 1-1.

Полный изгибающий момент

3. Расчетные напряжения

• изгиба

• кручение

4. Коэффициенты влияния отличий детали от образца материала.

Затем определяем коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений для сталей:

т.е.

Далее находим эффективные коэффициенты концентрации

по приближенной формуле

Коэффициент чистоты поверхности около сечения 1-1.

При 8 коэффициент шероховатости и

Коэффициент качества заготовки из проката с последующей обработкой

Масштабные коэффициенты:

Результирующие коэффициенты влияния отличий детали от образца материала:

• при при расчете на изгиб

• при расчете на кручение

• при

5. Пределы ограниченной выносливости материала вала.

По изгибу

где и число циклов напряжений изгиба вала за расчетную долговечность

Численные подстановки дают

По кручению с реверсом момента при числе реверсов

где

Численно

6. Коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжения:

7. Предельные напряжения изгиба и кручения для сечения 1-1 вала:

8. Коэффициенты запасов прочности по сечению 1-1 вала на номинальном режиме:

• по изгибу

• по кручению

Результативный запас прочности по сечению 1-1 вала

Проверочный расчет вала по сечению 2-2

1. Геометрические характеристики сечения (рис. 13).

Относительная величина отверстия

Момент сопротивления сечения при изгибе

Момент сопротивления сечения при кручении

Рис. 14. Эскиз вала в месте 2 расчетного сечения

2. Внутренние моменты в сечении 2-2.

Полный изгибающий момент

3. Расчетные напряжения

• изгиба

• кручение

4. Коэффициенты влияния отличий детали от образца материала.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений во впадинах шлицов по сечению 2-2 при плавном выходе впадин:

Коэффициент чистоты поверхности около сечения 2-2.

Соответственно 7 имеем и

Коэффициент качества заготовки из проката с последующей обработкой

Масштабные коэффициенты:

Результирующие коэффициенты влияния отличий детали от образца материала:

• при при расчете на изгиб

• при расчете на кручение

• при

5. Пределы ограниченной выносливости материала вала.

Как и в расчете по сечению 1-1,

6. Коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжения.

Как и в расчете по сечению 1-1,

7. Предельное напряжение изгиба и кручения для сечения 2-2:

Коэффициенты запасов прочности по сечению 2-2 вала на номинальном режиме:

• по изгибу

• по кручению

Результативный запас прочности по сечению 2-2 вала

Проверка вала на прочность при перегрузке

Такая проверка производится для гарантирования от возникновения

остаточных деформаций вала при возможности эпизодических перегрузок. По исходным данным при пробуксовке предохранительной фриуционной муфты коэффициент перегрузки

Достаточно провести проверку по сечению 2-2 вала, где запас прочности оказался меньше, чем в других сечениях.

1. Напряжение изгиба при перегрузке

напряжение кручения при перегрузке

2. Предельные величины напряжений для сечения 2-2:

3. Коэффициенты запасов прочности при перегрузке:

• по изгибу

• по кручению

Результативный запас прочности по сечению 1-1 вала