5.2. Приводной вал

Расчёт приводного вала на статическую прочность

Проверку статической прочности выполняют в целях предупреждения пластических деформаций в период действия кратковременных перегрузок.

Уточненные расчеты на сопротивление усталости отражают влияние разновидности цикла напряжений, статических и усталостных характеристик материалов, размеров, формы и состояния поверхности.

F_k- консольная сила, Н.

F_t=2000 H,

F_r=1,5F_t=3000 H,

K_П- коэффициент перегрузки при расчёте на статическую прочность,

К_П=2.2

Вал изготовлен из стали марки 40x со следующими характеристиками статической прочности и сопротивления усталости:

σ_В=900МПа - временное сопротивление,

σ_Т=750МПа - предел текучести,

σ_-1=410МПа - предел выносливости при изгибе,

τ_Т=450МПа - предел текучести при кручении,

τ_-1=240МПа - предел выносливости при кручении,

ψ_Т=0.10

1. Определение внутренних силовых факторов:

H

H

Консольная нагрузка:

H

H

Суммарные радиальные силы:

Н

Н

Определим силовые факторы для опасных сечений

Сечение 1-1

Изгибающие моменты:

М_1в=R_А1*l₂=450Нхм

М(F_к)= R_Ак* l₂+F_к*(l₁+ l₂) =2382.6Нхм

Суммарный изгибающий момент:

М₁= М_1в+ М(F_к)=2832.6Нхм

_{Крутящий момент:}

М_1к= М_к=525.3Нхм

Геометрические характеристики сечения

W₁=π*d³/32=3.14*(71)³/32=35138мм³

W_1к=π*d³/16=3.14*(71)³/16=70276мм³

Напряжение изгиба и напряжение кручения:

Частные коэф. запаса прочности по нормальным и касательным

напряжениям:

S_Тσ1=σ_Т/ σ₁=750/177=4.2

S_Тτ1=τ_Т/ τ₁=450/16.9=26.6

Общий коэф. запаса прочности по пределу текучести:

Сечение 2-2

Изгибающие моменты:

М₂=М₂(F_к)= R_Ак*l₁=589Нхм

_{Крутящий момент:}

М_2к= М_к=525.3Нхм

Геометрические характеристики сечения

W₁=π*d³/32=3.14*(60)³/32=16334мм³

W_1к=π*d³/16=3.14*(60)³/16=32668мм³

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием) и напряжением

кручения:

Частные коэф. запаса прочности по нормальным и касательным

напряжениям:

S_Тσ2=σ_Т/ σ₂=750/79.3=9.5

S_Тτ2=τ_Т/ τ₂=450/36.3=12.4

Общий коэф. запаса прочности по пределу текучести:

Сечение 3-3

Крутящий момент:

М_3к= М_к=525.25Нхм

Геометрические характеристики сечения

напряжения кручения:

Частные коэф. запаса прочности по касательным напряжениям:

S_Тτ2=τ_Т/ τ₂=450/44.72 =10.1

Общий коэф. запаса прочности по пределу текучести:

S_Т= S_Тτ2=10.1

Статическая прочность обеспечена во всех опасных сечениях S>[S_T]=2

6. Расчет соединений

6.1 Расчет шпоночных соединений

6.1.1 Шпонка на тихоходном и приводном валах:

Для тихоходного вала редуктора и концевого участка приводного вала:

d_cp=50мм - диаметр вала,

T=525.2 Hм - момент на валу.

h=9мм, b=14мм, l_р=l-b=56-14=42мм [1, с. 476, табл.24.29]

k=0.42h – выступающая часть шпонки;

Расчет ведётся по формуле:

- допускаемое напряжение смятия

=(130…150)мПа

верно

6.1.2 Шпонка на приводном валу

Для соединения вала и звёздочки тяговой цепи:

d=71мм - диаметр вала,

T=525.2 Hм - момент на валу.

h=12мм, b=20мм, l_р=l-b=56-20=36мм [1, с. 476, табл.24.29]

k=0.47h – выступающая часть шпонки;

Расчет ведётся по формуле:

- допускаемое напряжение смятия

=(130…150)мПа

верно

6.2 Расчет соединений с натягом

6.2.1 Посадка колеса на промежуточный вал

А) Среднее контактное давление:

где К – коэффициент запаса сцепления, а f– коэффициент сцепления.

Б) Деформация деталей (мкм):

где

В) Поправка на обмятие микронеровностей (мкм):

Г) Минимальный натяг (мкм):

Д) Максимальный натяг (мкм):

где:

выбирается наименьшее значение р.

Таким образом выбираем посадку H7/u7.

6.2.2 Посадка колеса на тихоходный вал

А) Среднее контактное давление:

где К – коэффициент запаса сцепления, а f– коэффициент сцепления.

Б) Деформация деталей (мкм):

где

В) Поправка на обмятие микронеровностей (мкм):

Г) Минимальный натяг (мкм):

Д) Максимальный натяг (мкм):

где:

выбирается наименьшее значение р.

Таким образом выбираем посадку H8/x8.

6.2 Расчет клеевого соединения между валом электродвигателя и насадной шестерней

Максимальный момент который должно выдержать соединение определяется формулой:

Используем для соединения клей ПУ-2 с режимом отверждения 20 градусов при атмосферном давлении. Для него Коэффициент безопасности примем равнымS=4.

следовательно данное клеевое соединение подходит для применения.

7. Выбор смазочного материала и способов смазывания.

Минимальная глубина погружения должна находится в следующем интервале: Но не меньше 10 мм.

В данной конструкции необходимо использовать дополнительное «паразитное» колесо на тихоходной ступени для смазывания этой ступени. Принимаем число зубьев для этой передачи z=31. Согласно формуле

определяет делительный диаметр этого колеса.

Окружная скорость колеса тихоходной ступени:

Так как контактные напряжения могут принимать значения более 1000МПа то вязкость масла принимаем равной 60 мм²/с. И следовательно принимаем следующую марку масла: И-Г-А-68.

Для наблюдения за уровнем масла в корпусе установлен маслоуказатель пробочный с двумя коническими пробками

При длительной работе в связи с нагревом воздуха повышается давление внутри корпуса. Это приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого, внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой путем установки отдушины в верхней точки.

При работе передачи, масло постепенно загрязняют продукты изнашивания. Поэтому масло периодически меняют. Для слива масла в корпусе выполняют сливное отверстие, закрываемое пробкой. Дно корпуса сделано с уклоном в 1º.