5. Расчет выходного вала

5.1.Определение диаметра вала (ориентировочно)

мм,

где - допускаемое напряжение на кручении; МПа, выбираем =30 МПа, тогда:

Согласовываем с ГОСТом 12080-66 и принимаем, что мм.

5.2.Выбор подшипников

Основываясь на диаметре цапфы, равным 30 мм, выбираем тип подшипника 7306A – радиально-упорный конический подшипник. Получаем:

D=72 мм – диаметр подшипника, В=19 мм – ширина подшипника.

5.3. Составление расчетной схемы вала

d₁=25 мм – диаметр хвостовика выходного конца

d₂=30 мм – диаметр цапфы (l₂=19 мм);

d₃=35 мм – диаметр свободного (промежуточного) участка;

d₄=40 мм – диаметр посадочного участка под шестерней;

5.4. Расчет вала на статическую прочность

При этом расчете изображается вал в форме 2-х опорной балки с консолью.

Последовательность расчета вала на статическую прочность

1. Вводится координатная система.

В виду того, что силы не приводятся к одной плоскости, в расчет вводятся 2 силовые плоскости XOZ и XOY (фронтальную и горизонтальную).

2. Определяются опорные реакции вала из уравнений моментов сил относительно точек А и В последовательно:

Для плоскости ZOX:

Н

Н

Проверка: Н

т.е. условие выполняется

Для плоскости XOY:

Н

где - неуравновешенное усилие от соединения муфты.

Проверка: Н

т.е. условие выполняется

3. Построение эпюр изгибающих моментов.

Построение эпюр изгибных моментов для каждой силовой плоскости:

Для XOZ :

Для XOY :

Суммарные изгибающие моменты:

Определение суммарных опорных реакций:

4.6.Расчетное напряжение изгиба в опасном сечении вала

Мпа

где -коэффициент пусковых и перегрузочных моментов ( =1,8…2,4).

5.5. Расчетное напряжение кручения в опасном сечении

5.6. Расчетный запас статической прочности вала

Следовательно, условие статической прочности выполняется.

5.7 Проверка опасных сечений на усталостную прочность с учетом концентраций напряжений и пределов выносливости материалов ( )

Для стали 45: , .

Усталостная прочность оценивается S – запасом усталостной прочности в опасном сечении:

а)

где - предел выносливости; - эффективный коэффициент в ступенчатом переходе с галтелью; - масштабный фактор; - амплитуда цикла напряжений изгиба.

=

Подставляя все значения в формулу получаем:

б)

где  - среднее напряжение цикла; -коэффициент масштабного эффекта;

-предел выносливости при циклическом кручении; -коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла;

Подставляя все значения в формулу (1) получаем:

Следовательно выполняется условие запаса усталостной прочности в опасном сечении.

5.8.Проверочный расчет ресурса подшипников

Подбор подшипника по динамической грузоподъемности С:

, (1)

где млн.об.- долговечность; - показатель степени, для шариковых подшипников . - эквивалентная динамическая нагрузка; - коэффициент безопасности. - кинематический коэффициент; - температурный коэффициент, если температура не превышает 100 С; Н, тогда получаем:

Н. . Подставляем в формулу, получим:

< ,

т.е. выбранный подшипник обеспечивает требуемый ресурс работы.

5.9. Расчет шпонок

1) Так как диаметр вала равен 40 мм, размеры шпонок выбираются из ГОСТа 23360-82: b=12 мм, h=8 мм, где , - сечение шпонки, t₁=5 мм, t₂=3,3 мм. Шпонка призматическая; мм, где - рабочая длина.

2) Так как диаметр консоли мм, размер шпонки из ГОСТа -82: b=8 мм, h=7 мм, t₁=4 мм, t₂=3,3мм. Шпонка призматическая; рабочая длина l=32 мм.

5.10. Проверка шпонок на деформацию смятия

При:

Н

Имеем:

МПа

получаем:

1) МПа

2) Мпа

,

где МПа – допускаемое напряжение смятия, - коэффициент пропорциональности, МПа – предел текучести для стали 45. По результатам вычислений видно, что: , т.е. и .

5.11. Проверка шпонок на деформацию среза

Площадка среза:

мм²

1) мм²

2) мм²

Тогда:

где МПа – допускаемое значение напряжений среза. Имеем:

1) МПа

2) МПа

Следовательно, условие проверки шпонки на деформацию среза выполняется.

Библиографический список литературы

1. Чернилевский Д.В. Детали машин. М: Машиностроение, 2001.

2. Курсовое проектирование деталей машин/Под ред. В.Н. Кудрявцева и Ю.А. Державца Л.: Машиностроение, 1983. 240с.

3. Решетов Д. Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1974. 656с.

4. Кузнецов Е.С. Курс лекций.