2.2.2 Расчет карданного вала

Фланцевые соединения карданной передачи показано на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 Фланцевое соединение карданного вала

Расчет болтов производится на растяжение (при условии, что весь момент передается трением между фланцами) [33].

(2.5)

где момент на карданном валу, Н·м

площадь опасного сечения болта на разрыв,

коэффициент, учитывающий неравномерность работы болтов,

число болтов,

радиус расположения болтов,

коэффициент трения.

Напряжение среза в болтах, при условии их установки без зазора [34]:

(2.6)

МПа

Напряжение смятия в болтах, при условии, что болты поставлены без зазора [34]:

(2.7)

(2.8)

(2.9)

где минимальная толщина фланца с вычетом размеров фасок.

Материал карданных болтов – сталь 40Х с характеристиками δв=85….95 МПа, δт=65….75 МПа. В результате расчета видно, что данные болты М16х1,5 будут работать с гарантированным запасом прочности.

Проверим передающую крутящий момент от вала электродвигателя на карданный вал клиновую шпонку 10×8×80 ГОСТ 24068-80 на срез и смятие. Расчетная схема шпоночного соединения ступицы муфты и вала электродвигателя представлена на рисунке 2.7 [34,35].

Рисунок 2.7 Расчетная схема шпоночного соединения

, (2.10)

где - рабочая длина шпонки, = 70 мм;

b - ширина шпонки, мм;

d - диаметр вала, мм;

f - коэффициент трения между ступицей и валом f = 0,15.

- допускаемое напряжение при стальной ступице, = 150 МПа.

МПа,

.

При действующих нагрузках смятие шпонки не произойдет. Проверяем шпонку на срез по формуле

(2.11)

где - допускаемое напряжение на срез, = 60….90 МПа [35].

МПа, ˂

Среза шпонки не произойдет.

2.2.3 Расчет на прочность подвижной опоры

Наиболее нагруженной и ответственной деталью модернизированного стенда на наш взгляд является подвижная опора (рисунок 2.8). Ее расчет на прочность произведем с помощью приложения APM FEM «Прочностной анализ», разработчика «Аскон». Для этого зададим закрепления узла, имитируя его размещение на продольной направляющей рамы стенда, и рабочую нагрузку, имитирующую вертикальную составляющую 25% веса обкатываемого ДВС F = 0,25·9600 =2400 Н (таблица 2.4) [36,37].

Рисунок 2.8 Схема нагружения подвижной опоры

Элементам конструкции подвижной опоры, участвующим в расчете, задаем свойства материала – сталь 20.

Таблица 2.4 Параметры приложенной нагрузки

Произведем разбивку модели подвижной опоры на сетку конечных элементов (КЭ) (рисунок 2.9), характеристики которых представлены в таблице 2.5. Ввиду значительных габаритов и объема 3D-модели подвижной опоры зададим размер 4-х узловых конечных элементов 10 мм. Общее количество конечных элементов составляет 51091 шт., а количество узлов – 13070 шт.

Рисунок 2.9 Модель подвижной опоры, разбитая на сетку КЭ

Таблица 2.5 Параметры и результаты разбиения модели кронштейна на сетку конечных элементов

Произведем статический расчет модели подвижной опоры, результаты которого представим на рисунках 2.10 и 2.11 в виде эпюр напряжений и перемещений. На рисунке 2.12 представим результаты расчета коэффициента запаса прочности.

Анализируя цветовые шкалы на рисунке 2.10 можно сделать вывод, что наибольшее значение напряжений составляет 4,56 МПа при среднем значении 2,28 МПа.

Рисунок 2.10Эпюра напряжений модели подвижной опоры

Анализируя цветовые шкалы на рисунке 2.11 можно сделать вывод, что наибольшее значение перемещений при деформации – 0,005 мм.

Рисунок 2.11 Эпюра деформаций модели подвижной опоры

Анализируя цветовые шкалы на рисунке 2.12 можно сделать вывод, что минимальный коэффициент запаса прочности составляет 51,5.

Рисунок 2.12 Эпюра коэффициента запаса прочности модели подвижной опоры

Анализ результатов расчетов на прочность 3D-модели подвижной опоры, выполненный в приложении APM FEM «Прочностной анализ», позволяет сделать вывод, что разработанный узел способен выдержать рабочие нагрузки с большим коэффициентом запаса прочности. Проведенные расчеты узлов модернизированного стенда говорят о его работоспособности.