3 Конструирование и расчет вала исполнительного механизма

3.1 Определение размеров вала

_{Рисунок 4 – исполнительный механизм}

_{Окружное усилие: Ft=8000 H.}

_{Крутящий момент на выходном валу: Т4=1600Hм.}

_{Редуктор Ц2У-125-20.}

_{Диаметр выходного вала: dвых.=70мм.}

_{Диаметр вала в зоне подшипника:}

_{Номер подшипника: №1216 (dп=80мм, Dп=140мм, B=26мм) – радиальный сферический подшипник, он компенсирует несоосность и допускает внутренние перекосы, так как внутренняя рама поворачивается относительно внешней [7].}

_{Рисунок 5 – Шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный}

_{Диаметр бортика, в который упирается подшипник:}

_{Диаметр вала под ступицу определяется по формуле:}

_{Длина ступицы:}

Высоту заплечика t и фаски r, f выбираем из [2].

_{Рисунок} 6 – Компоновка вала

_{Принимаем:}

=10 мм – расстояние от торца крышки до ступицы звездочки;

= 30 мм – расстояние от торца крышки до торца барабана;

=10 мм – расстояние от торца ступицы барабана до торца барабана.

_{Расстояние между ступицами барабана определяется по формуле:}

_{Определяем расстояние между осями подшипника и ступицей барабана:}

_{Расстояние между осью подшипника и ступицей звездочки:}

4.2 Расчет вала

_{Окружная сила на конце выходного вала:}

_{Рисунок 7 – Силы, действующие на вал}

_{Рисунок 8 – Расчетная схема вала, эпюры изгибающих и крутящих моментов}

_{Находим реакции опор:}

_{Проверка:}

_{Условие прочности:}

_{Для того чтобы посчитать σэкв., сначала нужно найти Мmax и Тmax:}

_{где kП=2,2 – коэффициент, учитывающий перегрузку вала.}

_{Находим нормальные и касательные напряжения по изгибу:}

_{Эквивалентные напряжения:}

_{Выбираем материал вала – Сталь 45, у которой [σ]=70МПа. Тогда условие прочности запишется следующим образом:}

_{Вывод: условие прочности выполняется.}

5 Расчет шпоночного соединения

Для соединения вала с деталями, передающими вращение, используют призматические шпонки из стали по ГОСТ 23360 – 78. Материал шпонок – сталь 45, допускаемое напряжение смятия – [σ]_см = 100÷120 МПа [1, т. 2, стр. 717].

Таблица 2 – Размеры сечения шпонки и паза (ГОСТ 23360-78)

Диаметр вала d, мм	Сечение шпонки b x h, мм	Глубина паза вала t1, мм	Длина ступицы lСТ, мм
70	20 х 12	7,5	100
100	28 x 16	10	100

Рисунок 9 – Соединение шпонкой призматической по ГОСТ 23360-78

Т = 1600 Нм – передаваемый крутящий момент;

b = 26 – ширина шпонки;

h = 12 – высота шпонки;

t₁ = 7,5 – глубина паза на валу;

d – диаметр вала;

l_p – рабочая длина шпонки;

l – полная длина шпонки.

Проверяем шпонку на выходном конце вала.

Напряжение смятия узких граней шпонки не должно превышать допускаемого, т.е. должно удовлетворяться условие:

_{Из предыдущей формулы выражаем рабочую длину шпонки:}

Полная длина шпонки:

6 Проверка ресурса подшипников

Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре A.

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:

где k_б = 1,8 – коэффициент нагрузки;

k_Т = 1 – температурный коэффициент (температура эксплуатации подшипника

t<100⁰);

V =1 - коэффициент вращения, вращается внутреннее кольцо подшипника [3, стр. 466];

_{RA=5057,6Н – радиальная нагрузка, реакция в опоре А (см. пункт 4.2).}

Определим ресурс подшипника в часах:

_{где С – динамическая грузоподъёмность [7, стр. 47];}

_{n – частота вращения выходного вала;}

_{m=3 – коэффициент, учитывающий форму тел качения в подшипниках.}

где t = 26000 ч. – ресурс работы привода (см. техническое задание).

Условие выполняется, подшипники выбраны правильно.

_{Рисунок 11 – Шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный}