- •Воронеж 2009
- •Введение
- •Конструкция валов
- •Элементы вала
- •Материалы валов и их термообработка
- •Критерии работоспособности и расчета валов
- •Расчетная схема и расчетные нагрузки
- •Определение сил в зацеплении закрытых передач
- •Определение консольных сил
- •Определение геометрических параметров ступеней валов
- •Определение размеров валов
- •Компоновка редуктора
- •Размеры, необходимые для выполнения компоновки
- •Порядок построения эскизной компоновки редуктора
- •Предварительный выбор подшипников качения
- •Порядок проектирования подшипниковых узлов
- •Выбор типа подшипника
- •Основные схемы установки подшипников
- •Размеры и основные размеры подшипников качения
- •Определение реакций в опорах подшипников и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов
- •Расчет диаметра вала в опасном сечении
- •Конструирование валов
- •Переходные участки
- •Посадочные поверхности
- •Расчет вала на сопротивление усталости (выносливость)
- •Справочные данные по коэффициентам концентрации напряжений
- •Расчет шпоночных соединений
- •Пример расчета шпоночного соединения
- •Оформление рабочего чертежа вала
- •Изображение детали
- •Линейные и диаметральные размеры
- •Допуски и посадки
- •Допуски формы и расположения поверхностей
- •Шероховатость поверхностей.
- •Разработка рабочих чертежей деталей редуктора
- •Изображение детали
- •Линейные размеры
- •Текстовая часть рабочего чертежа
- •Примеры разработки рабочих чертежей
- •Заполнение основной надписи конструкторской документации
- •Примеры расчётов валов привода
- •Расчёт валов двухступенчатого цилиндрического редуктора (пример 1)
- •Предварительная компоновка редуктора (представлена только расчётная часть)
- •Быстроходный вал
- •Промежуточный вал
- •Тихоходный вал
- •Тихоходный вал
- •Компоновка редуктора
- •Проектный расчет вала.
- •Быстроходный вал
- •Тихоходный вал
- •Проверка вала на усталостную прочность
- •Быстроходный вал
- •Тихоходный вал
- •Расчет шпоночного соединения.
- •Расчёт валов одноступенчатого цилиндрического редуктора (пример 3)
- •Предварительная компоновка редуктора
- •Быстроходный вал
- •Тихоходный вал
- •Расчет валов на прочность
- •Расчет быстроходного вала редуктора
- •Расчет тихоходного вала редуктора
- •Расчет валов на жесткость
- •Расчет быстроходного вала
- •Расчет тихоходного вала
- •Расчёт валов двухступенчатого цилиндрического редуктора (пример 4)
- •Расчёт быстроходного вала-шестерни редуктора.
- •Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость)
- •Расчёт промежуточного вала-шестерни редуктора
- •Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость).
- •Расчёт тихоходного вала редуктора.
- •Ориентировочный расчёт вала.
- •Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость).
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Расчёт валов двухступенчатого цилиндрического редуктора (пример 4)
Рассчитать валы двухступенчатого цилиндрического редуктора, кинематическая схема привода в который входит данный редуктор представлена на рисунке 100. Привод состоит из электродвигателя (1), ременной передачи (2), двухступенчатого цилиндрического редуктора (3) и муфты (4).
Рисунок 100
Расчёт быстроходного вала-шестерни редуктора.
Находим диаметр выходного конца вала:
где – допускаемое напряжение на кручение.
Учитывая ослабление сечения шпоночной канавкой, увеличиваем расчётный диаметр и принимаем окончательно по ГОСТ 6636–69 диаметр выходного конца вала Имея значение минимального диаметра вала, переходим к его конструированию, т.е. определяем все диаметральные и линейные размеры вала.
Диаметральные размеры:
Диаметр вала под подшипниками качения:
Диаметр промежуточных участков вала между шестерней и подшипниками качения:
Линейные размеры:
Длину посадочной поверхности под шкив назначают равной или большей обода шкива. Принятую длину посадочной поверхности согласуют с рассчитанной, исходя из прочности шпоночного соединения:
Рисунок 101– Эскиз быстроходного вала-шестерни
где – высота шпонки, мм;
– размер шпоночного соединения, мм;
– допускаемое напряжение смятия для стали
Шпонка под ведомый шкив ременной передачи – призматическая, для которой: , ,
Примем , из нормального ряда, 17мм.
Получаем
Длина шестерни равна ширине венца: =20мм.
Длины и определим конструктивно:
5.1.2. Расчёт вала в опасном сечении.
Найдём силы, действующие на вал:
1) – сила натяжения ремня.
2) – окружная сила.
3) – радиальная сила.
4) – осевая сила.
Проекция на ось ОХ:
,
Рисунок 102
Определим изгибающие моменты:
1) ,
2) ,
3) ,
Проекция на ось ОY:
Определяем изгибающие моменты:
1)
2)
3)
Расчет изгибаемого момента:
Рассчитаем эквивалентный момент:
Произведем расчет диаметра вала в опасных сечениях:
(мм)
(мм)
Как видно из рисунка 103, наиболее нагруженным является сечение шестерни.
Рисунок 103
Рисунок 104 – Объёмное изображение быстроходного вала
Расчёт вала на сопротивление усталости (выносливость)
Принимаем материал вала – Сталь 40Х. Термообработка – улучшение. Твёрдость 280НВ…300НВ
Расчёт выполняют в форме проверки коэффициента запаса прочности S, который должен удовлетворять неравенство:
где – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба;
– коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям кручения;
– допустимый коэффициент запаса усталостной прочности, который
выбирается в пределах 1,5…2,5.
Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:
где – предел выносливости при изгибе;
– предел выносливости при кручении;
– коэффициенты концентрации напряжений;
– амплитудные и средние напряжения при изгибе;
– амплитудные и средние напряжения при кручении;
Момент сопротивления W для вала – шестерни равен:
где – диаметр опасного сечения.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
где – момент сопротивления при кручении.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
Общий коэффициент запаса прочности:
В ходе вычислений можно сделать вывод, что прочность, и жёсткость обеспечены, но необходимо уменьшить диаметр ступеней вала.