8.Подбор шпонок и проверочный расчет шпоночных соединений

0. 8.1 Ведущий вал

Шпонка выполняется на первой ступени вала, предназначенной под элемент открытой передачи:

d₁ – диаметр первой ступени ведущего вала:

d₁ = 52 мм [п. 5.1];

b – ширина шпонки:

b = 16 мм [1. с. 450. т. К42];

h – высота шпонки:

h = 10 мм [1. с. 450. т. К42];

s – фаска у шпонки:

s = 0.5 мм [1. с. 450. т. К42];

t₁ – глубина паза вала:

t₁ = 6 мм [1. с. 450. т. К42];

t₂ – глубина паза ступицы:

t₂ = 4,3 [1. с. 450. т. К42];

l – длина шпонки:

l = 45 мм [1. с. 450. т. К42];

l_p – рабочая длина шпонки:

l_p = l – b (8.1.1)

l_p = 45 – 16 = 29 мм

(8.1.2)

[s]_см – допускаемое напряжение смятия;

[s]_см = 110…190 Н/мм² [1. с. 266];

- площадь смятия;

(8.1.3)

мм²

- окружная сила на шестерне;

= 8538,3 Н

s_см < [s]_см. [1. с. 266].

0. 8.2 Ведомый вал.

Шпонка выполняется на первой ступени ведомого вала, предназначенной под полумуфту:

d₁ – диаметр первой ступени ведомого вала:

d₁ = 70 мм;

b – ширина шпонки:

b = 20 мм [1. с. 450. т. К42];

h – высота шпонки:

h = 12 мм [1. с. 450. т. К42];

s – фаска у шпонки:

s = 0,7 мм [1. с. 450. т. К42];

t₁ – глубина паза вала:

t₁ = 7,5 мм [1. с. 450. т. К42];

t₂ – глубина паза ступицы:

t₂ = 4,9 мм [1. с. 450. т. К42];

l – длина шпонки:

l = 70 мм [1. с. 450. т. К42];

l_p – рабочая длина шпонки:

l_p = l – b (8.1)

l_p = 70 – 20 = 50 мм;

(8.2)

[s]_см – допускаемое напряжение смятия;

[s]_см = 110…190 Н/мм² [1. с. 266];

- площадь смятия;

(8.3)

- окружная сила на колесе;

= 8538,3 Н

s_см < [s]_см

Шпонка выполняется на третьей ступени ведомого вала, предназначенной под колесо:

d₃ – диаметр третьей ступени ведомого вала:

d₃ = 85 мм;

b – ширина шпонки:

b = 22 мм [1. с. 450. т. К42];

h – высота шпонки:

h = 14 мм [1. с. 450. т. К42];

s – фаска у шпонки:

s = 0,7 мм [1. с. 450. т. К42];

t₁ – глубина паза вала:

t₁ = 9 мм [1. с. 450. т. К42];

t₂ – глубина паза ступицы:

t₂ = 5,4 мм [1. с. 450. т. К42];

l – длина шпонки:

l = 70 мм [1. с. 450. т. К42];

l_p – рабочая длина шпонки:

l_p = l – b (8.1)

l_p = 70 – 22 = 48 мм;

(8.2)

[s]_см – допускаемое напряжение смятия;

[s]_см = 110…190 Н/мм² [1. с. 266];

- площадь смятия;

(8.3)

- окружная сила на колесе;

= 8538,3Н

s_см < [s]_см

9. Уточненный расчёт валов

9.1 Ведущий вал

Опасные сечения

Первое сечение – на 3-й ступени под шестернёй, т.к. там приложена наибольшая нагрузка на вал;

Второе сечение – на 2-й ступени под подшипником опоры смежной с консольной нагрузкой. Имеет два концентратора напряжений посадка подшипника и ступенчатый переход между 2-й и 3-й ступенью [1. с. 266];

Первое сечение

Нормальные напряжения:

(9.1)

М – суммарный изгибающий момент;

Нм

- осевой момент сопротивления сечения вала;

; мм (9.2)

мм

Касательные напряжения:

(9.3)

М_к – крутящий момент;

Нм

- полярный момент сопротивления сечения вала.

; мм (9.4)

мм

Коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала:

(9.5)

(9.6)

, - эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

=1,7 [1. с. 272 т. 11.2];

=1,55 [1. с. 272 т..11.2];

- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

=0,70 [1. с. 272 т. 11.3];

- коэффициент влияния шероховатости;

=1 [1. с. 272 т. 11.4];

– коэффициент влияния поверхностного упрочнения;

=1,7 [1. с. 273 т. 11.5];

Пределы выносливости:

(9.7)

– предел выносливости при симметричном цикле изгиба;

[1. с. 53. т. 3.2]

,

(9.8)

– предел выносливости при симметричном цикле кручения;

(9.9)

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

(9.10)

(9.11)

Общий коэффициент запаса прочности:

(9.12)

[s] – допускаемый коэффициент запаса прочности,

[s]=1,6…2,1 [1. с. 267];

Запас прочности вала в сечении обеспечен.

Второе сечение

Отношение эффективного коэффициента концентрации напряжений и коэффициента влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

Посадка подшипника с натягом:

=4,5 [табл. 11.2]

Ступенчатый переход галтелью между 2-й и 3-й ступенью:

=2,2 [табл. 11.2]

=0,81 [табл. 11.3]

Наиболее опасный концентратор напряжений посадка подшипника с натягом.

Нормальные напряжения:

(9.1)

М=297Нм

(9.13)

мм

Касательные напряжения:

(9.3)

Нм

(9.14)

мм

Коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала:

(9.15)

- коэффициент влияния шероховатости;

=1 [1. с. 272 т. 11.4];

(9.16)

= 3,0 [табл. 11.2]

Пределы выносливости:

(9.7)

– предел выносливости при симметричном цикле изгиба;

[1. с. 53. т. 3.2]

,

(9.8)

– предел выносливости при симметричном цикле кручения;

(9.9)

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

(9.10)

(9.11)

Общий коэффициент запаса прочности:

(9.12)

[s] – допускаемый коэффициент запаса прочности,

[s]=1,6…2,1 [1. с. 267];

Запас прочности вала в сечении обеспечен.