ВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Шкляр Ю.Л.
ДЕТАЛИ МАШИН
РАСЧЕТ ВАЛОВ И ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ
Методические указания к курсовому проекту по деталям машин
для студентов очного и заочного обучения всех инженерных специальностей.
2000 г.
Расчет валов редуктора производится в два этапа:
проектный расчет на чистое кручение;
уточненный (проверочный).
1.Проектный расчет валов.
Этот расчет выполняет для предварительного определения диаметра валов. Расчет ведут на кручение по пониженным допускаемым напряжениям. Диаметр вала в мм определяют по формуле
(1.1)
где Т - вращающий момент на валу, Н·мм; [τ] - допускаемое напряжение, Н/мм2.
Для быстроходного и тихоходного валов по формуле (1.1) определяют диаметры входных участков; для промежуточного - диаметр в месте посадки колеса.
Диаметры остальных участков валов назначают по конструктивным соображениям с учетом удобства посадки на вал подшипников, зубчатых колес и необходимости фиксации этих деталей на валу в осевом направлении.
1.1. Быстроходный вал редуктора (рис. 1.1.А)
Для быстроходного вала рекомендуют принимать [τ]= 22 ÷ 25 МПа. Если быстроходный вал соединяют с валом электродвигателя, то независимо от результатов расчета на прочность, диаметр выходного участка следует принимать d = (0,8 ÷ 1,0) dд, где dд – диаметр вала электродвигателя.
Диаметр вала под подшипник dn ≥d + 2 t. Полученное значение округляют в ближайшую сторону до числа, кратного пяти. Для фиксации подшипника в осевом направлении необходимо увеличить диаметр вала d δn ≥dn + 3 r.
1.2. Промежуточный вал (рис 1.Б.)
По формуле (1.1) определяют диаметр вала dк под колесом, принимая [τ]= 10 ÷ 15 МПа. Диаметр вала в месте посадки подшипников d n = dк - 3 r (рис. 1.б, исп. II). Диаметры остальных участков: d δn ≥ dк + 3 f; d δn ≥ dn + 3 r.
1.3. Тихоходный вал (рис. 1.В)
По формуле (1.1) определяют диаметр выходного участка вала d, принимая [τ]= 20 - 22 МПа. Диаметры остальных участков: dП ≥ d + 2 t; d δn ≥ dn + 3 r; dк ≤ d δn.
Рис. 1.1. Конструкции валов.
Высоту буртика t, координату фаски подшипника r и размер фаски f (мм) принимают в зависимости от диаметра d посадочной поверхности:
d |
от 25 до 30 |
от 32 до 40 |
от 42 до 50 |
от 52 до 60 |
от 62 до 70 |
от 71 до 85 |
от 86 до 95 |
t |
2,2 |
2,5 |
2,8 |
3 |
3,3 |
3,5 |
4 |
r |
2 |
2,5 |
3 |
3 |
3,5 |
3,5 |
4 |
f |
1 |
1,2 |
1,6 |
2 |
2 |
2,5 |
2,5 |
Вычисленные значения диаметров округляют до ближайшего из ряда диаметров: 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 60, 63, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100.
2. Уточненный расчет валов.
Цель расчета - определение запаса прочности S в опасном сечении вала по формуле
,
(2.1)
Расчетное значение S не должно быть меньше допускаемого [S] = 2,5.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
,
(2.2)
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
.
(2.3)
В этих формулах σ-1 и τ-1 - пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения. Для углеродистой стали σ-1 = 0,43 σв; для легированной стали σ-1 = 0,35 + (70 ÷ 120) МПа. Предел выносливости на кручение τ-1 ≈ 0,58 σ-1.
Значения
эффективных коэффициентов концентрации
напряжений Кσ
и Кτ
при изгибе и кручении зависят от
концентратора. Для валов с галтелями
(рис. 2.1. а.) напряжений Кσ
и Кτ
выбирают по табл. 2.1. Для валов со
шпоночными канавками (рис. 2.1.б.)
напряжений Кσ
= 1,5 ÷ 2,0 ; Кτ
= 1,4 ÷ 2,1. Коэффициент, учитывающий
влияние шереховатости поверхности
принимают β = 0,9 ÷ 1,0.
Рис. 2.1.
Таблица 2.1
|
|
|
|
|||||
600 |
700 |
800 |
1000 |
700 |
800 |
1000 |
||
До 1,1 |
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 |
1,96 1,66 1,51 1,40 1,34 1,19 |
2,08 1,69 1,54 1,42 1,37 1,22 |
2,20 1,75 1,54 1,42 1,37 1,22 |
2,50 1,87 1,60 1,46 1,39 1,24 |
1,36 1,24 1,18 1,14 1,11 1,05 |
1,41 1,27 1,20 1,16 1,13 1,06 |
1,50 1,32 1,24 1,19 1,16 1,09 |
До 1,2 |
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 |
2,34 1,92 1,71 1,56 1,48 1,27 |
2,51 1,97 1,76 1,59 1,51 1,30 |
2,68 2,05 1,76 1,59 1,51 1,30 |
3,10 2,22 1,84 1,64 1,54 1,34 |
1,59 1,39 1,30 1,22 1,19 1,08 |
1,67 1,45 1,33 1,26 1,21 1,10 |
1,81 1,52 1,39 1,31 1,26 1,15 |
До 2 |
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,20 |
3,60 2,10 1,85 1,66 1,57 1,32 |
2,80 2,15 1,90 1,70 1,61 1,36 |
3,0 2,25 1,90 1,70 1,61 1,36 |
3,50 2,45 2,0 1,76 1,64 1,40 |
1,80 1,53 1,40 1,30 1,25 1,10 |
1,90 1,60 1,45 1,35 1,28 1,14 |
2,10 1,70 1,53 1,42 1,35 1,20 |
при
σв,
МПа
при
σв,
МПа