2. Компоновка и уточнённый расчёт валов

Правильная компоновка привода должна обеспечить его работоспособность при требуемых режимах с минимальными габаритами и материально-экономическими затратами. Уточнённый расчёт валов производится с учётом всех действу-

ющих на них сил. В курсовом проекте расчёту подлежит только самый нагруженный вал IV.

Расчёт основывается на третьей теории прочности:

σ_экв – эквивалентное напряжение;

M_экв – эквивалентный момент;

W_о – осевой момент сопротивления сечения вала;

M – изгибающий момент на валу.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Рисунок 12 – Тяжело нагруженный вал IV

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

3. Расчёт шпоночных соединений

Шпоночные соединения предназначены для передачи вращения, момента сил и мощности между валами и размещёнными на них элементами механических передач и другими конструктивными элементами.

1. Выбор шпонок для соединений

Размеры сечений шпонок установлены для нормализованы по диапазонам диаметров валов.

Вал под цилиндрическую шестерню – 22×14×90;

Вал под цилиндрическое колесо – 22×14×90;

Вал под коническое колесо – 20×12×80;

Материал шпонок – Сталь 45.

2. Проверка шпонок на смятие

Проверка устанавливает соответствие расчётных нагрузок на смятие допустимым.

T_max – наибольший допустимый вращающий момент;

d – диаметр вала;

K – выступ шпонки от шпоночного паза;

l – рабочая длина шпонки;

[σ_см] – допускаемое напряжение смятия.

;

.

3. Расчёт шпонок на срез

Проверка устанавливает соответствие расчётных нагрузок на срез допустимым.

b – толщина шпонки;

[τ_ср] – допускаемое напряжение среза.

;

.

4. Определение запаса прочности валов

Наличие запаса прочности обеспечивает дополнительную надёжность конструкции, чтобы избежать поломки в случае возможных ошибок проектирования, изготовления или эксплуатации.

S – общий коэффициент запаса прочности;

S_σ, S_τ – коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям.

1. Расчёт напряжений в опасных сечениях валов

W_о^шп – осевой момент сопротивления вала круглого сечения со шпонкой;

h – глубина шпоночного паза;

b – ширина шпоночного паза;

F_a – осевая сила на валу;

A – площадь сечения вала;

W_p^шп – полярный момент сопротивления вала круглого сечения со шпонкой.

;

;

;

;

;

.

2. Определение коэффициентов запаса прочности по пределу текучести

Коэффициент запаса прочности по пределу текучести определяет запас прочности валов по кратковременным перегрузкам.

σ_Т, τ_Т – пределы текучести при изгибе, кручении.

;

;

.

3. Определение коэффициентов запаса усталостной прочности

Коэффициент запаса усталостной прочности определяет запас прочности валов по постоянно действующим нагрузкам.

S_σ, S_τ – коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям;

σ_-1D, τ_-1D – пределы выносливости при симметричном цикле изгиба, кручения;

σ_a, τ_a – амплитуды напряжений цикла;

Ψ_σD, Ψ_τD – коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла;

σ_m, τ_m – средние напряжения цикла.

σ_-1, τ_-1 – пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба, кручения;

K_σD, K_τD – коэффициенты снижения предела выносливости.

K_σ, K_τ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

K_dσ, K_dτ – коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

K_Fσ, K_Fτ – коэффициенты влияния качества поверхности;

K_V – коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

;

;

;

;

;

;

.

6. Расчёт подшипников

Подшипники качения представляют собой изделия, состоящие из двух колец (подвижного и неподвижного) и тел качения в виде шариков, роликов, игл и др. Они предназначены для поддержки вращающегося вала в корпусе, либо корпуса на оси. Расчёт заключается в установлении срока службы при заданных режимах работы.

1. Расчёт статических нагрузок на подшипники

   1. Первый вал

Рисунок 13 – Вал I

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

2. Второй вал

Рисунок 14 – Вал II

Статическую неопределимость валов проще всего раскрыть, решив систему универсальных уравнений.

θ, θ₀ – угол наклона оси в рассматриваемом и крайнем положениях;

y, y₀ – прогиб оси в рассматриваемом и крайнем положениях;

E – модуль упругости первого рода;

J_x – осевой момент инерции сечения вала;

z – расстояние от крайнего положения до исследуемой точки;

a – расстояние от крайнего положения до точки приложения изгибающего момента;

b – расстояние от крайнего положения до точки приложения силы.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

3. Третий вал

;

Рисунок 15 – Вал III

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

4. Четвёртый вал

;

;

;

;

;

.

5. Пятый вал

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Рисунок 16 – Вал V

;

.

2. Расчёт номинального ресурса подшипников

Номинальный ресурс подшипников представляет собой число циклов (миллионов) нагружения за время работы редуктора.

L₁₀ – срок службы;

K – число рабочих дней в году;

K₁ – срок службы привода;

K₂ – количество смен;

K₃ – количество рабочих часов в смену;

φ₀ – коэффициент, учитывающий фактическое время работы передачи в течение часа.

L_10н – номинальный ресурс;

n – частота вращения вала.