- •Введение
- •1 Общий расчет привода
- •Длина вала между опорами для прямозубой передачи определяется в результате эскизной компоновки передачи и корпуса редуктора.
- •Длина вала между опорами для косозубой передачи определяется в результате эскизной компоновки передачи и корпуса редуктора.
- •Суммарные реакции опор (реакции для расчета подшипников):
- •4.1.3 Определение изгибающих и крутящих моментов по длине вала и построение эпюр Мх(z), Му(z)
- •4.2.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •4.2.2 Определение внешних нагрузок - реакций связей
- •4.2.3 Определение внутренних усилий в поперечных сечениях вала
- •4.2.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность
- •5.2 Расчет роликового конического подшипника
- •5.2.2 Расчет динамической грузоподъемности
- •Раздел 2. Детали машин. Учебное пособие. Министерство обороны рф. 2005. – 240 с.
Суммарные реакции опор (реакции для расчета подшипников):
RrА = = 610 Н;
RrB = = 610 Н.
4.1.3 Определение изгибающих и крутящих моментов по длине вала и построение эпюр Мх(z), Му(z)
При расчете изгиба с кручением нет необходимости в определении поперечных сил Rу(z) и Rx(z) , так как они не учитываются при расчете на прочность.
Для построения эпюр Мх(z), Му(z), Мz(z) разбиваем вал на три участка и методом сечений определяем эти функции.
Участок 1: 0 ≤ z ≤ ℓ1;
Мх(1) = RАyz; Му(1) = RАxz; Мz(1) = 0.
При z = 0 (точка А); Мх(1) = 0; Му(1) = 0; Мz(1) = 0;
при z = ℓ1 = 36 мм; Мх(1) = 208,5 ∙ 0,036 = 7,5Н·м.
Му(1) = 573∙0,036 = 20,1Н·м.
Мz(1) = 0.
Участок 2: ℓ1 ≤ z ≤ (ℓ1 + ℓ2);
Мх(2) = RАyz – Fr(z - ℓ1);
Му(2) = RАxz – Ft(z - ℓ1);
Мz(2) = М1= - 114,6 Н·.
При z = ℓ1 = 36мм;
Мх(2) = 208,5·0,036= 7,5Н·м;
Му(2) = 573· 0,036 = 20,1 Н·м;
Мz(2) = - 114,6 Н;·
при z = (ℓ1 + ℓ2) = 72 мм;
Мх(2) = 208,5· 0,07 – 417 (0,072-0,036) = 0;
Му(2) = 573·0,07 – 1146 (0,072-0,036) = 0;
Мz(2) = - 114,6 Н·
Участок 3: (ℓ1 + ℓ2) ≤ z ≤ (ℓ1 + ℓ2 + ℓ3);
Мх(3) = RАyz - Fr(z - ℓ1) + RВy(z - ℓ1 - ℓ2);
Му(3) = RАxz – Ft(z - ℓ1) + RВx(z - ℓ1 - ℓ2);
Мz(3) = -114,6 Н·м.
при z = (ℓ1 + ℓ2) = 72 мм;
Мх(3) = 208,5· 0,072 – 417· 0,036 + 208,5· 0 = 0 Н·м.;
Мy(3) = 573· 0,072 – 1146· 0,036 + 573· 0 = 0;
Мz(3) = -114,6 Н·м;
при z = (ℓ1 + ℓ2 + ℓ3)= 171 мм;
Мх(3) = = 208,5 0,171 – 417 0,135 + 208,5 0,099 = 0 Н·м.;
Му(3) = 573 0,171 – 1146 0,135 + 573 0,099 = 0 Н·м;
Мz(3) = -114,6 Н·м.
Так как все функции линейные, они графически выражаются прямой линией, для нахождения которой достаточно определить значения в начале и конце каждого участка (таблица 6.1).
Т а б л и ц а 6.1
Значения изгибающих и крутящих моментов в поперечных сечениях вала
Расчетный параметр |
У ч а с т к и |
|||||
1-й |
2-й |
3-й |
||||
0 |
36мм |
36мм |
72мм |
72мм |
171мм |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Мх, Н·м |
0 |
7,5 |
7,5 |
0 |
0 |
0 |
МУ, Н·м |
0 |
20,1 |
20,1 |
0 |
0 |
0 |
МZ, Н·м |
0 |
0 |
114,6 |
114,6 |
114,6 |
114,6 |
По полученным на границах участков значениям моментов строим эпюры Мх(z), Му(z) , Мz(z) (рис.4.2).
Из эпюр следует, что опасным является нормальное сечение, проходящее через точку «С», в котором Мх = 7,5 Н·м; Му = 20,1 Н·м,
│Мz│ = 114,6 Н·м.
-120
Рис.4.1.2 Эпюры Мх(z), Му(z) , Мz(z)
4.1.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность
Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали (таблица 43 [4]). Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х.
Так как в проектируемом редукторе шестерня изготовлена как одно целое с валом, то материал вала В1 тот же, что и для шестерни - сталь 40Х с характеристиками для заготовки с d ≤ 120 мм (таблица 43 [4]):
σВ = 900 Н/мм2, σТ = 750 Н/мм2, τТ = 450 Н/мм2,
σ-1 = 410 Н/мм2, τ-1 = 240 Н/мм2, НВ 270.
Для изготовления выходного вала В2 выберем сталь 45 с характеристиками для заготовки с d ≤ 80 мм (таблица 43 [4]):
σВ = 900 Н/мм2, σТ = 650 Н/мм2, τТ = 390 Н/мм2,
σ-1 = 380 Н/мм2, τ-1 = 230 Н/мм2, НВ=270.
При расчете на статическую прочность условие прочности SТ ≥ [S]Т, где SТ – коэффициент запаса прочности по текучести; [S]Т = 1,3…1,6 – допускаемый коэффициент запаса прочности по текучести.
Коэффициент запаса прочности по текучести определяется по формуле
SТ = , (4.1)
где КП = 2,5 – коэффициент перегрузки;
σэкв. – эквивалентное напряжение, определяемое по формуле
σэкв = , (4.2)
где W – осевой момент сопротивления сечения, для вала круглого сечения W≈ πd / 32 = 0,1d .
Эквивалентный момент Мэкв. = .
Результирующий изгибающий момент
Мu = .
Изгибающие и крутящие моменты в опасном сечении (рис.4.1.2):
Мх = 7,5 Н∙м; Му = 20,1 Н∙м; │Мz│= 114,6 Н∙м.
Тогда результирующий изгибающий момент
Ми = Н∙м;
эквивалентный момент
Мэкв. = Н∙м;
эквивалентное напряжение
σэкв = Н/мм2.
Коэффициент запаса прочности по текучести
SТ = > [S]Т = 1,3…1,6,
т.е. статическая прочность вала обеспечивается с большим запасом.
4.2 Проверочный расчет выходного вала цилиндрического косозубого редуктора