3.3 Определение основных конструктивных показателей
Длину резиновых пальчиков на полотне выбираем из конструктивных соображений, она будет равна 40-60 мм. Большую длину пальчиков делать не эффективно, т.к. при работе они не будут выполнять своих заданных функций.
Шлицевые соединения подбираем по таблице стандартов в зависимости от диаметра вала. В нашем случае z=6 – количество шлицов; h=6 – высота поверхностного контакта зубьев; l = 80 мм – длина шлица.
Шлицевые соединения проверяют на сжатие рабочей поверхности, для прямотечных шлицов по ГОСТ 114425-75.
σ = Т / (SF * l) ≤ [σ],
σсм = σт / h * Kcм * Кд,
где Т- передаваемый момент, Н.м;
S F – удельный суммарный статический момент площади рабочей
поверхности соединения относительно оси вала.
SF=308мм3;
h – коэффициент запаса прочности;
h = 1,25 ÷ 1,4;
σ - предел текучести;
Ксм = (1,1 ÷ 1,6) – коэффициент смятия;
Кд = 1 – коэффициент концентрации нагрузки от закручивания вала.
Момент на валу находится по формуле:
Т = 9,55 * Рр / n,
где Рр – передаваемая мощность, кВт;
n – частота вращения вала, мин1.
Расчетную мощность для шлицевого соединения вычисляем из соотношения:
Рр = Кп * Р,
где Кп – коэффициент запаса прочности для шлицевого соединения;
Кп = 1,8…2,2, [4]
Р = N, [4]
Рр = 2 * 1,84 = 3,68 кВт
Т = 9,55 * 3,68 * 10 3 / 175 = 200 Н*м
Определяем допускаемое напряжение на смятие при = 540 мПа для стали 45; n=1,3; К3=1; Кр=2,5
Ксм = (1,1 * 1,0) К3 * Кр = 2,75…4
Принимаем Ксм = 3,2; Кд = 2,3, тогда
[σсм] = δ / n * Ксм * Кд,
[σсм] = 540 / 1,3 * 3,2 * 2,3 = 56,4 МПа,
= Т / S F * l = 6,2 * 103 / 308 * 80 * 10-9 = 25,4 Мпа,
или σ = 25,4 < [σсм] = 56,4.
Следовательно, прочность шлицевого соединения удовлетворяет заданию.
3.3.1 Расчет шлицевого вала
Диаметр расчетного сечения вала определяем по формуле:
d
=
где Тк = Т; Т = 200 Н*м – крутящий момент в расчетном сечении вала;
[τк] = 20 ÷ 25 МПа – допускаемое напряжение при кручении.
d
=
мм.
По ГОСТ 6636-69 принимаем диаметр выходного конца вала под подшипник d = 35 мм.
Определяем силы действующие на вал. Окружная сила на валу определяется по формуле:
Ft = 2T / d,
Радиальная сила на валу определяется
Fr = Ft * tg α, где α = 20о,
Fr = 11400 * tg 20o = 4,149 кН.
Силу действия на вал раскладываем [Fn] на составляющие в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Fb = Fn * sin θ = (3668 * sin 30 o) = 1834 Н;
Fr = Fn * cos θ = (3668 * cos 30 o) = 3176 H;
Определяем опорные реакции.
∑Мб = 0 – Fb * 70 – Ft * 330 + Rrb * 410 = 0;
Rrb = Fb * 70 + Ft * 330 / 410 = 1834 * 70 + 3140 * 330 / 410 = 2847,68 H,
∑ Мr = 0 – Fb * 480 + Rбв * 410 + Ft * 80 = 0 ,
Rбв = Fb *480 – Ft * 80 / 410 = 1834 * 480 – 3149 * 80 / 410 = 1532 H,
Проверим правильность определения реакций
∑Y = Fb – Rбв – Ft + Rrb = 0,
∑Y = 1834 – 1532 – 3149 + 2847 = 0
Из выражения видно, что реакции выбраны правильно.
Строим эпюру изгибающих моментов Мв, для чего определяем их значения в характерных сечениях вала.
В сечении
А Мв = 0;
Б Мв = Ft * 70 * 10-3 = 1834 * 70 * 10-3 = 128,3 Н*м;
В Мв = Rrв * 330 * 10-3 = 2847 * 330 * 10-3 = 939,7 Н*м;
Г Мв = 0.
В горизонтальной плоскости.
Опорные реакции определяем по формуле:
Rгr = Ft * 70 – Ft * 310 / 410 = 3176 * 70 – 3176 * 310 / 410 = 1859 H;
∑МБ = 0 – Ft * 310 + RБГ * 410 – Fr * 80 = 0
∑RБГ = Ft * 310 + Fr * 80 / 410 = 3186 * 310 + 1146 * 80 / 410 = 2785 H;
∑Мг = Ft – RБГ + Fr + Rгr = 3176 – 2785 + 1146 + (-1859) = 0;
Реакции выбраны правильно.
Строим эпюру изгибающих моментов Мг, для чего определяем их значения в характерных сечениях вала.
В сечении
А Мг = 0
Б Мг = Fг = 70 * 10-3 = 3176 * 0,07 = 225,52, Н*м;
В Мг = Rгr * 330 * 10-3 = (-1895) * 0,33 = - 613,47 Н*м;
Строим эпюру крутящих моментов. Передача вращательного момента происходит вдоль оси вала от середины ступицы.