4 Разработка вала привода
Разработка валов привода содержит в себе все основные стадии проектирования: техническое предложение, эскизный проект, технический проект.
В начальной стадии разработки выполняется компоновка валов по полуэмпирическим зависимостям от крутящего момента. После отработки компоновки производится проектировочный расчет диаметра валов по приведенному моменту, т.е. с учетом изгибающих моментов.
Проверка окончательной конструкции проводится в форме проверочного расчета по коэффициентам запаса выносливости в опасных сечениях. Опасными сечениями являются сечениями, в которых действуют максимальные нагрузки или имеются концентраторы напряжений: шпоночный паз, галтель и т.д.
4.1 Расчет вала привода
Исходные данные:
-межосевое расстояние, а=150 мм,
-диаметры колес, dw1=72,5 dw2=226,2,da1=78,5, da1=232 мм,
-ширина колес, b1=114, b1=45,86 мм,
Диаметры валов dвал1=39,31, dвал2=28,55 мм,
Размеры ступиц колес:
Lст=Dст=1,8·39,31=70,758 мм,
Lст=Dст=1,7·28,55=48,535 мм,
δ=10 мм,
с2=3 мм,
с3=7 мм,
с4=13 мм,
с5=12 мм,
с6=27
мм,
с7=7 мм,
к=f(dбай)=40 мм,
S=40+10+6=56 мм,
D1=55 мм,
B1=9 мм,
R1=0,5 мм,
D2=62 мм,
B2=9 мм,
R2=0,5 мм,
h=6,4 мм,
h1=8 мм,
h2=h1=8 мм,
h3=6 мм,
h4=5 мм,
h5=3 мм.
4.2 Расчет вала на усталостную прочность
1. Определяем опорные реакции.
Исходные даны:
l1=70 мм
l2=50 мм
l3=52 мм
Реакции опоры вала от сил Ft1,Ft2
;
, (29)
H∙м;
H∙м.
Реакции
опоры от сил Fr1,Fr2
; (30)
(31)
Н∙м;
Н∙м
Реакции опоры от силы Fx1
, (32)
.
Суммарные реакции:
, (33)
Н∙м,
,
Н∙м,
3.Определяем изгибающие моменты в сечениях и построить их эпюры при действии от каждой группы сил.
от сил Ft1,Ft2
, (34)
от сил Fr1,Fr2
;
(35)
Н∙м
Н∙м
от
силы Fx1
в сечении
:
слева
; (36)
справа 
(37)
;
Н∙м,
от силы Fx
в сечение
:
, (38)
.
От Ft1,Ft2 вал изгибается в одной плоскости, а от сил Fr1,Fr2 и Fx1-в плоскости, перпендикулярной первой. Полный изгибающий момент будет равен:
в сечении
:
, (39)
Н∙м,
в сечении
:
, (40)
Н∙м.
4.Определяем приведенный момент для каждого сечения вала
;
(41)
Н∙м
Н∙м
5. Определить диаметры вала в опасных сечениях, мм
,
(42)
где
- приведённый момент;
-
допускаемое напряжение изгибы, МПа;
, (43)
где
- предел выносливости материала при
изгибе, МПа;
- ориентировочное
значение коэффициента концентрации;
S=2,2 – ориентировочное значение коэффициента запаса прочности.
МПа,
,
мм,
,
мм,
6. Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям для каждого из опасных сечений
,
(44)
где
-
предел выносливости материала при
изгибе, МПа;
- эффективный
коэффициент концентрации напряжения
при изгибе, МПа;
β- коэффициент,
учитывающий влияние шероховатости
поверхности при параметре шероховатости
,
β=0,9;
-
масштабный фактор для нормальных
напряжений;
- амплитуда
нормального напряжения;
W=0,1d3 – момент сопротивления изгибу;
- коэффициент
чувствительности к ассиметрии цикла
напряжений;
- среднее напряжение;
Fx- осевая нагрузка в сечении.
,
,
,
7. Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по касательным напряжениям
, (45)
где
-
предел выносливости материала при
кручении, МПа;
- эффективный
коэффициент концентрации напряжения
при кручении, МПа;
β- коэффициент,
учитывающий влияние шероховатости
поверхности при параметре шероховатости
,
β=0,9;
-
масштабный фактор касательных напряжений;
- амплитуда циклов
и среднее касательное напряжений;
Т – крутящий момент;
Wρ=0,2d3 – полярный момент сопротивления;
- коэффициент
чувствительности материала к ассиметрии
цикла.
,
,
8. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по каждому из опасных сечений
, (46)
.
9. Проводим сравнение S≥[S],
где [S] – допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности.
Условие выполняется.