11 . Проверочные расчеты

11.1. Проверочный расчет шпонок

Материал шпонок – сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности

где h – высота шпонки;

t₁ – глубина паза;

l – длина шпонки

b – ширина шпонки.

Быстроходный вал.

Шпонка на выходном конце вала 8732 мм:

σ_см = 2·31,7·10³/28(7-4,0)(32- 8) = 31,3 МПа.

Тихоходный вал.

Шпонка под колесом 14932 мм:

σ_см = 2·96,2·10³/45(9-5,5)(32-14) = 68,3 МПа.

Шпонка на выходном конце тихоходного вала 10832 мм:

σ_см = 2·96,2·10³/30(8-5,0)(32-10) = 97,2 МПа.

11.2. Проверочный расчет стяжных винтов подшипниковых узлов Стяжные винты рассчитывают на прочность по эквивалентным напряжениям на совместное действие растяжения и кручения.

Сила приходящаяся на один винт

F_в = 0,5R_СХ = 0,5∙2733 =1367 H

Принимаем коэффициент затяжки К_з = 1,5 – постоянная нагрузка, коэффициент основной нагрузки х=0,3 – для соединения чугунных деталей без прокладки.

Механические характеристики материала винтов: для стали 30 предел прочности σ_в = 500 МПа, предел текучести σ_т = 300 МПа; допускаемое напряжение:

[σ] = 0,25σ_т = 0,25∙300 = 75 МПа.

Расчетная сила затяжки винтов

F_p = [K_з(1 – х) + х]F_в = [1,5(1 – 0,3) + 0,3]1367= 1845 H

Определяем площадь опасного сечения винта

А = πd_p²/4 = π(d₂ – 0,94p)²/4 = π(12 – 0,94∙1,75)²/4 = 84 мм²

Эквивалентное напряжение

σ_экв = 1,3F_p/A = 1,3∙1845/84 = 28,5 МПа < [σ] = 75 МПа

11.3 Уточненный расчет валов. Быстроходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой А. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Материал вала сталь 45, улучшенная: _В = 780 МПа [3 c. 34]

Пределы выносливости:

• при изгибе _-1  0,43_В = 0,43780 = 335 МПа;

• при кручении _-1  0,58_-1 = 0,58335 = 195 МПа.

Суммарный изгибающий момент

М_и = (70,2² +10,1²)^1/2 = 70,9 Н·м

Осевой момент сопротивления

W = πd³/32 = π35³/32 = 4,21·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·4,21·10³ = 8,42 мм

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W = 70,9·10³/4,21·10³ = 16,8 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₁/2W_p = 31,7·10³/8,42·10³ = 3,8 МПа

Коэффициенты [3 c. 165]:

k_σ/_σ = 3,4; k_/_ = 0,6 k_σ/_σ + 0,4 = 0,6·3,4 + 0,4 = 2,44

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/_σ) = 335/3,4·16,8 = 5,9

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,44·3,8 + 0,1·3,8) = 20,2

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 5,9·20,2/(5,9² + 20,2²)^0,5 = 5,7 > [s] = 2,5

Тихоходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой C. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Суммарный изгибающий момент

М_и = (49,7² + 86,1²)^1/2 = 99,4 Н·м

Осевой момент сопротивления

W = πd³/32 = π35³/32 = 4,21·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·4,21·10³ = 8,42 мм

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W = 99,4·10³/4,21·10³ = 23,6 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₂/2W_p = 96,2·10³/2·8,42·10³ = 5,7 МПа

Коэффициенты [3 c. 165]:

k_σ/_σ = 3,5; k_/_ = 0,6 k_σ/_σ + 0,4 = 0,6·3,5 + 0,4 = 2,5

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/_σ) = 335/3,5·23,6 = 4,1

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,5·5,7 + 0,1·5,7) =13,2

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 4,1·13,2/(4,1² +13,2²)^0,5 = 3,9 > [s] = 2,5

6. Технический уровень редуктор

Условный объем редуктора

V = LBH = 350∙245∙250 = 21∙10⁶ мм³

L = 350 мм – длина редуктора;

В = 245 мм – ширина редуктора;

Н = 250 мм – высота редуктора.

Масса редуктора

m = φρV∙10^-9 = 0,50∙7300∙21∙10⁶∙10^-9 = 78 кг

где φ = 0,50 – коэффициент заполнения редуктора

ρ = 7300 кг/м³ – плотность чугуна.

Критерий технического уровня редуктора

γ = m/T₂ = 78/96,2 = 0,81

При γ > 0,2 технический уровень редуктора считается низким, а редуктор морально устаревшим.

Заключение

Во время работы над курсовым проектом были закреплены знания методик расчетов типовых деталей машин общего назначения, получены навыки принятия решений при компоновке редуктора и конструировании его деталей.

В курсовом проекте был выбран электродвигатель. Выполнены проектный и проверочные расчеты зубчатых передач. Все условия прочности выполняются. Были определены форма и размеры элементов корпуса редуктора. Выбранные подшипники проверены на пригодность по их долговечности из расчета по динамической грузоподъемности. Определены опасные сечения валов по действующим нагрузкам. Проведен расчет на усталостную выносливость для наиболее опасных сечений валов. Решены вопросы смазки передач редуктора и подшипников.