2.9 Проверка шпоночных соединений

Для соединения валов с муфтами и зубчатым колесом возьмем призматические шпонки со скругленными торцами. Сечение шпонок и пазов и длину первых определим по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок - сталь 45 нормализованная. Прочность соединений проверим по формуле

Допускаемые напряжения сжатия зависят от материала ступицы колеса. При стальной ступице [σ_см]= 100 - 120МПа и [σ_см]= 100 - 200МПа - для чугунной ступице. Диаметр ведущего вала в месте соединения его с полумуфтой равен 35мм, размеры шпонки BЧhЧl = 10Ч8Ч60 мм, t_t = 5, (ступица шкива чугунная), момент на ведущем валу T₁ = 172∙10³ Нмм.

Проверим сечение ведомого вала под колесом

d_K₂ = 55мм, в х h х l = 16 x 10 х 70 мм, t_t = 6 мм

Момент на ведомом валу T₂= 357Ч10³ Н∙м

2.10 Уточнение расчетов валов

Практикой установлено, что основным видом разрушения валов является усталостное, поэтому уточненный расчет валов ведется на сопротивление усталостным нагрузкам и разрушениям. Он заключается в определении коэффициентов запаса прочности S для опасных сечений и сравнении их с допускаемыми значениями [S]. Прочность считается достаточной при условии S < [S].

Проведем расчеты ведущего и ведомого валов. Ведущий вал построим от внешних нагрузок эпюры изгибающих и крутящих моментов по его длине. Он выполнен из улучшенной стали 40Х. Среднее значение σ_в= 430 МПа. Определим предел выносливости при симметричном цикле изгиба: σ_-1 = 0,43 σ_в = 0,43∙430 = 430 МПа. Предел выносливости для касательных напряжений τ_-1= 0,58 ∙ σ_-1= 0,58Ч400 = 232 МПа.

В сечении А-А: Концентрация напряжений обусловлено наличием шпоночной канавки шириной В = 10 мм; глубиной t₁ = 5 мм при диаметре вала d₁ = 35 мм, Т₁ = 172∙10³ Н∙мм.

Коэффициент запаса прочности при отсутствии изгиба

Амплитудное и среднее значение напряжений от нулевого цикла:

Применим К_r =1,3; ε_r = 0,75; Ψ_r = 0,1 по таблице 3.5.

S > [S], 5,2 >2,5

Так как коэффициент запаса прочности немного больше допускаемого в опасном сечении, то нет необходимости проверять другие сечения.

Выполним расчеты для ведомого вала. Построим эпюры изгибающих и крутящих моментов. Опасные сечения Г – Г середина колеса, максимальные нагрузки, концентратор – шпоночная канавка, зубы колеса.

Ведомый вал. Материал вала сталь 45 нормализованная, σ_в= 570 МПа;

σ_-1= 0,43_*σ_в = 0,43 _* 570 = 246 МПа, τ_-1 = 142 МПа.

В сечении Г – Г диаметр вала равен 55 мм, шпоночная канавка В = 16 мм, t₁ = 6 мм, коэффициенты К_σ = 1,59; К_τ = 1,49; Ψ_σ = 0,15, масштабный фактор ε_σ = 0,83 ε_τ= 0,72, крутящий момент Т₂ = 357∙10³Н∙мм.

Изгибающий моменты:

в горизонтальной плоскости