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 = 2·18,8·10³/28(7-4,0)(32- 8) = 18,6 МПа.

Тихоходный вал.

Шпонка под колесом 14932 мм:

σ_см = 2·71,8·10³/45(9-5,5)(32-14) = 50,8 МПа.

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

σ_см = 2·71,8·10³/30(8-5,0)(32-10) = 72,5 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∙2377 =1189 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]1189= 1604 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∙1604/84 = 24,8 МПа < [σ] = 75 МПа

11.3 Уточненный расчет валов /2/. 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 = (51,3² + 1,1²)^1/2 = 51,3 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 = 51,3·10³/4,21·10³ = 12,2 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₁/2W_p = 18,8·10³/8,42·10³ = 2,2 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) = 335/3,4·12,2 = 8,1

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,44·2,2 + 0,1·2,2) = 34,9

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 8,1·34,9/(8,1² + 34,9²)^0,5 = 7,9 > [s] = 2,5

Тихоходный вал

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

Суммарный изгибающий момент

М_и = (47,7² + 82,5²)^1/2 = 95,3 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 = 95,3·10³/4,21·10³ = 22,6 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₂/2W_p = 71,8·10³/2·8,42·10³ = 4,3 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) = 335/3,5·22,6 = 4,2

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,5·4,3 + 0,1·4,3) =17,4

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 4,2·17,4/(4,2² +17,4²)^0,5 = 4,1 > [s] = 2,5

12. 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 = 78/71,8 = 1,08

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

Литература

1. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин.–М.: Высш. шк., 1991.–432 с.

2. Курсовое проектировании деталей машин. /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

3. Чернилевский Д.В. Проектирование деталей машин и механизмов. – М.: Высш. шк. 1980.

4. Леликов О.П. Курсовое проектирование. – М.:Высш.шк.,1990.

5. Дунаев Н.В. Детали машин. Курсовое проектирование. – М.:Высш. шк., 2002.

6. Альбом деталей машин.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1-3 – М.:Машиностроение, 1978.

8. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. – Л.: Машиностроение, 1988.