4 Расчет валов

4.1 Выбор муфты

Учитывая конструкционные особенности вала (d=40 мм.) и крутящий момент (T = 351,9 H·м) выбираем муфту МУВП.

Муфты упругие втулочно–пальцевые получили широкое распространение благодаря относительной простоте конструкции и удобству замены упругих элементов. Однако они имеют небольшую компенсирующую способность и при соединении несоосных валов оказывают достаточно большое силовое воздействие на валы и опоры, при этом резиновые втулки быстро выходят из строя. На муфты МУВП имеется ГОСТ 21424-93.

Размеры муфты по заданному крутящему моменту подбираем по справочнику.

Материал полумуфт – чугун марки СЧ-21 по ГОСТ 1412-79. Материал пальцев – сталь 45, ГОСТ 1050-74 с твердостью 241…285 НВ. Материал упругих втулок – резина с пределом прочности не менее 80 МПа.

Упругие элементы специальной муфты проверяют на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами:

где Т_вр – вращающий момент, Н·м;

D₀ = 0,13 м – диаметр оси пальцев;

z = 8 – число пальцев;

d_n = 0,01 м – диаметр пальца;

l_вт = 0,045 м – длина упругого элемента;

Пальцы муфты, изготовленные из стали 45, рассчитывают на изгиб:

где С = 0,005 м – зазор между полумуфтами;

где – предел текучести материала пальцев;

Из расчетов видно, что данная муфта подходит, т.К. Расчетные напряжения смятия и изгиба меньше допустимых.

4.2 Расчет быстроходного вала

По условию на быстроходном валу есть муфта. Материал вала – сталь. Определяем муфту по справочнику по вращающему моменту.

Внешняя сила, действующая на вал со стороны муфты ([2], с. 263)

Длина участков вала

Рисунок 1 – Схема силовой нагрузки вала

Диаметр быстроходного вала определяем по формуле:

, (14)

где [τ]_кр=14МПа (для сечения I-I под зубчатым колесом); [τ]_кр=20МПа (для сечения II-II под подшипником качения); [τ]_кр=25МПа (для сечения III-III под муфтой) – допускаемые напряжения кручения материала вала.

Схема силовой нагрузки вала в горизонтальной плоскости XOY (рис.2).

Рисунок 2

Реакции на опорах в горизонтальной плоскости:

Схема силовой нагрузки вала в вертикальной плоскости YOZ (рис.3).

Рисунок 3

Реакции на опорах в вертикальной плоскости:

Определим суммарные реакции на опорах вала:

4.2 Расчет тихоходного вала

По условию на тихоходном валу установлена цепная передача. Материал вала сталь. Длину ступицы звезды определяем как .

Длина участков вала:

Рисунок 4 – Схема силовой нагрузки вала

Диаметр вала определяем по формуле (14)

Схема силовой нагрузки вала в горизонтальной плоскости XOY (рис.5).

Рисунок 5

Реакции на опорах в горизонтальной плоскости:

Схема силовой нагрузки вала в вертикальной плоскости YOZ (рис.6).

Рисунок 6

Реакции на опорах в вертикальной плоскости:

Определим суммарные реакции на опорах вала:

5 Подбор подшипников качения

5.1 Для быстроходного вала

Выбираем ([3], с. 380, табл. 24.10) однорядный радиальный шарикоподшипник по ГОСТ 8338 - 75 № 409, у которого: С =76,1 кН - динамическая грузоподъёмность; С₀=45,5 кН - статическая грузоподъёмность; d=45 мм - внутренний диаметр.

Определяем эквивалентную нагрузку по правому подшипнику качения определим по формуле:

(15)

где X – коэффициент радиальной нагрузки на подшипник. V – коэффициент вращения, зависящий от того, какое кольцо подшипни­ка вращается (при вращении внутреннего кольца V=1,0); Y – коэффициент осевой нагрузки на подшипник; – коэффициент безопасности. Берем его равным 1,2 ([2], с. 292); – температурный коэффициент. Берем его равным 1,0 ([2], с. 292).

Определяем отношение известных параметров:

.

По нему находим параметр осевой нагрузки е ([3], с.81, табл. 7.1).

;

Определяем отношение известных параметров

;

Т.к. отношение , то рассчитываем по полной формуле. Коэффициент Y = 1,99; X = 0,56.

Определяем требуемую долговечность подшипников:

Подстановкой всех известных параметров в формулу (14) получаем:

Определяем часовую долговечность для выбранного подшипника по формуле:

(16)

где m=3,0 для шарикоподшипников.

Подстановкой известных параметров в формулу (15) получаем

Следовательно, выбранный подшипник качения № 409 удовлетворяет требуемой долговечности.

5.2 Для тихоходного вала

Выбираем ([3], с. 380, табл. 24.10) однорядный радиальный шарикоподшипник по ГОСТ 8338 - 75 № 211, у которого: С=43,6 кН - динамическая грузоподъёмность; С₀=25,0 кН - статическая грузоподъёмность; d=55 мм - внутренний диаметр. Так как передача прямозубая, подшипники воспринимают радиальную нагрузку.

Определяем эквивалентную нагрузку по правому подшипнику качения. определим по формуле (15).

Определяем отношение известных параметров:

;

По нему находим параметр осевой нагрузки е ([3], с.81, табл. 7.1).

;

Определяем отношение известных параметров

;

Т.к. отношение , то рассчитываем по полной формуле. Коэффициент Y = 1,71; X = 0,56.

Подстановкой всех известных параметров в формулу получаем:

Подстановкой известных параметров в формулу (15) получаем

Следовательно, выбранный подшипник качения № 211 удовлетворяет требуемой долговечности.