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 = 2·24,8·10³/28(7-4,0)(32- 8) = 24,5 МПа.

Тихоходный вал.

Шпонка под колесом 14932 мм:

σ_см = 2·75,5·10³/45(9-5,5)(32-14) = 53,4 МПа.

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

σ_см = 2·75,5·10³/30(8-5,0)(32-10) = 76,1 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∙1700 = 850 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]850 = 1148 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∙1148/84 = 17,8 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 = (51,1² + 7,8²)^1/2 = 51,7 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 = 51,7·10³/4,21·10³ = 12,3 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₁/2W_p = 24,8·10³/8,42·10³ = 2,9 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) = 335/3,4·12,3 = 8,0

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,44·2,9 + 0,1·2,9) = 26,5

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 8,0·26,5/(8,0² + 26,5²)^0,5 = 7,8 > [s] = 2,5

Тихоходный вал

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

Суммарный изгибающий момент

М_и = (46,2² + 80,1²)^1/2 = 92,5 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 = 92,5·10³/4,21·10³ = 22,0 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₂/2W_p = 75,5·10³/2·8,42·10³ = 4,5 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) = 335/3,5·22,0 = 4,4

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,5·4,5 + 0,1·4,5) =16,7

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 4,4·16,7/(4,4² +16,7²)^0,5 = 4,2 > [s] = 2,5

12. Разработка рабочего проекта привода