1 4.Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений

Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений.

Сечение вала по шпонке

Соединение быстроходный вал – шкив ременной передачи

Для выходного конца быстроходного вала при d=25 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами b·h=8·7 мм² при t=4мм.

выбираем длину шпонки l=32мм.

М атериал шпонки – сталь 45 нормализованная. Напряжения смятия и условия прочности определяем по формуле:

где Т – передаваемый момент, Нмм;

l_р – рабочая длина шпонки, при скругленных концах l_р=l-b,мм;

[]_см – допускаемое напряжение смятия.

С учетом того, что на выходном конце быстроходного вала устанавливается шкив из чугуна СЧ20 ([]_см=70…100 Н/мм²) вычисляем:

Условие выполняется.

Соединение тихоходный вал – полумуфта

Для выходного конца тихоходного вала при d=70 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами b·h=20·12 мм² при t=7,5мм.

выбираем длину шпонки l=60мм.

Материал шпонки – сталь 45 нормализованная. Проверяем напряжения смятия и условия прочности с учетом материала полумуфты – ст.3 ([]_см=110…190 Н/мм²) и Т₂=1066Нм:

Условие выполняется.

Соединение тихоходный вал – ступица червячного колеса

Для соединения тихоходного вала со ступицей червячного колеса при d=90 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами b·h=25·14 мм² при t=10мм.

выбираем длину шпонки l=100мм.

Материал шпонки – сталь 45 нормализованная. Проверяем напряжения смятия и условия прочности с учетом материала ступицы чугуна СЧ20 ([]_см=70…100 МПа) и Т₂=981,5 Нм:

Условие выполняется.

Выбранные данные сведены в табл.

П араметры шпонок и шпоночных соединений

Параметр	Вал-шкив	Вал-полумуфта	Вал-колесо
Ширина шпонки b,мм	8	20	25
Высота шпонки h,мм	7	12	14
Длина шпонки l,мм	32	60	100
Глубина паза на валу t1,мм	4	7,5	10
Глубина паза во втулке t2,мм	3,3	4,9	6,4

15.Расчет валов на выносливость

Цель проверочного расчета – определение коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях валов. Коэффициент запаса прочности при действии изгибающего и вращающего моментов (общий коэффициент запаса прочности) равен

[2.c.297]

где – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

– коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям;

– общий допускаемый коэффициент запаса прочности. При таких значениях можно не проводить специального расчета на жесткость.

[2.c.91]

[2.c.91]

где и – пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения, МПа;

- коэффициенты снижения предела выносливости при изгибе и кручении

,

коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения d, мм

,

и – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении;

и – амплитуды циклов нормальных и касательных напряжений, МПа;

и – средние значения нормальных и касательных напряжений, МПа;

и – коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на коэффициент запаса прочности.

где - осевая сила в сечении, Н.

– диаметр вала в рассчитываемом сечении, мм;

и – моменты сопротивления изгибу и кручению, .

Параметры уравнения подобия усталостного разрушения , определяются по формулам (предел прочности в МПа)

- коэффициенты , учитывающие влияние состояния поверхности (шероховатости), определяются по следующим выражениям.

при R>1мкм, при R<1мкм.

Н аиболее нагруженным является выходной вал редуктора. Вал изготовлен из стали 45.

Предел выносливости для этой марки стали =800 МПа, твёрдость НВ 220.

Расчёт вала выполняем из условия, что нормальное напряжение изменяется по симметричному, а касательные по нормальному циклу.

Опасное сечение под колесом.

Крутящий момент Т₂ =981,5 Нм.

Изгибающий момент М=1480 Нм.

Полярный момент сопротивления:

Напряжение в сечении:

Суммарный коэффициент концентрации:

,

Принимаем коэффициенты концентрации для шпоночных пазов и

Коэффициент абсолютных размеров

,

Коэффициент влияния технологии упрочнения

Коэффициенты, учитывающие влияние на выносливость шероховатости поверхности

Тогда

Коэффициент ассиметрии цикла

Тогда коэффициенты запаса:

Общий коэффициент запаса:

коэффициент запаса по сопротивлению пластическим деформациям достаточен.