4.2.2 Проектировочный расчет вала

Рисунок 4.2.2.1-Конструктивная схема пустотелого приводного вала.

В качестве материала конструкции вала выбираем Сталь 30ХГСА, обладающий следующими физико-механическими свойствами:

-модуль упругости;

-предел прочности;

Оптимальные размеры вала можно найти, используя следующую математическую модель:

Целевая функция:

-площадь сечения вала,

где -внешний диаметр вала;

-внутренний диаметр вала;

Ограничения:

где

-эквивалентное напряжение по IV теории прочности;

-нормальное напряжение вала от изгибающего момента ;

-касательные напряжения от крутящего момента ;

-коэффициент безопасности;

-осевой момент инерции поперечного сечения вала;

-полярный момент инерции сечения вала;

-коэффициент пустотелости вала;

-минимальный конструктивно-принятый внешний диаметр вала;

Решение приведенной математической модели выполнялось в среде Excel с помощью надстройки «поиск решения» .

Полученные результаты оптимизации:

; ; ; ; ; ; .

4.3 Подбор подшипников в опорах вала

Для выбора необходимых подшипников определим их статическую грузоподъемность из формулы:

где – коэффициент, зависящий от геометрии деталей подшипника и от применяемых уровнях напряжения (табличное значение);

– число рядов тел качения в подшипнике;

– число шариков в однорядном подшипнике;

– диаметр шариков, мм.;

– номинальный угол контакта подшипника;

Подставив полученные значения, получим:

Используя данное значение выбираем однорядный радиальный подшипник качения 1000905 ГОСТ 8338-75 со следующими размерами, приведенными на рисунке 4.4:

Рисунок 4.3.1 – подшипник качения

4.4 Конструкция и проектирование рычага механизма управления.

Рычаг устанавливают непосредственно на органах управления, имеет только одно плечо. В нейтральном положении угол между штоком и рычагом прямой. При отклонении органов управления угол изменяется. Это вызывает появление продольной составляющей нагрузки в рычаге. Поэтому рычаги работают также на изгиб, растяжение-сжатие, но поскольку углы отклонения малы, то расчетным случаем нагружения является изгиб.

Так как рычаг работает на изгиб, оптимальным будет сечение в форме двутавра, но исходя из конструктивных и технологических соображений форму поперечного сечения рычага принимаем прямоугольной.

В качестве материала конструкции рычага выбираем алюминиевый сплав Д16Т, обладающий следующими физико-механическими характеристиками.

Определим изгибающий момент, действующий в опасном сечении А-А рычага по формуле:

где

-усилие на штоке рулевой машинки;

-плечо.

Условие прочности

где

-осевой момент сопротивления прямоугольного сечения рычага;

-конструктивно принятая толщина рычага;

-коэффициент безопасности.

Из условия прочности (6.2) определяем размер в сечении А-А;

Принимаем значение

4.5 Соединение рычага с приводным валом

С целью обеспечения удобства сборки опорного узла органа управления соединение рычага с приводным валом выполняется разъемным. Для фиксации втулки на валу применяется болтовое соединение. Для передачи крутящего момента с рычага на приводной вал механизма управления применяют коническое болтовое соединение. Посадку вала в отверстие втулки чаще всего применяют с гарантированным зазором. Для исключения люфтов в соединении устанавливаются конические болты, при затяжке которого удается выбрать зазоры и обеспечить неподвижное сочленение вала и втулки. Для увеличения надежности сочленения применяют два болта, и устанавливаем их во взаимно-перпендикулярных плоскостях с некоторым смещением вдоль оси вала.

Рисунок 5.4-Болтовое соединение рычага с полым приводным валом

В качестве материала конического болта выбираем Сталь 30ХГСА, обладающий физико-механическими свойствами:

Размеры конического болта выбираем из условия работы его на срез:

,

где -диаметр конического болта;

-число болтов;

-количество плоскостей среза;

-крутящий момент;

-диаметр вала;

Из конструктивных соображений принимаем

Для соединения рычага с приводным валом выбираем болт конический 3033А-4-34 [5, с. 73], шайбу радиусную 1272С50-4-28 [5,с.74], гайку М4-6Н.026 ГОСТ924705-86.