4. Расчёт валов

4.1. Рассчитываем быстроходный вал на статическую прочность

По чертежу вычерчиваем расчетную схему

Рассматриваем действие изгибающих моментов в вертикальной плоскости.

Проверка:

Строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости

Сечение A:

Сечение Б:

Сечение В:

Сечение Г:

Рассматриваем действие изгибающих моментов в горизонтальной плоскости.

Проверка:

Строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости

Сечение A:

Сечение Б:

Сечение В:

Сечение Г:

Крутящий (вращающий) момент

Передача вращающего момента происходит вдоль оси вала со стороны входного участка до середины шестерни (Эпюра Т).

Суммарный изгибающий момент в сечении В, как наиболее нагруженном определяем по формуле:

где К_П=2,2 – коэффициент перегрузки табл. 24.9. [1, с.417]

Суммарный крутящий момент в сечении В:

Осевой момент сопротивления для вала шестерни:

.

Полярный момент сопротивления:

.

Нормальные и касательные напряжения в сечении В:

Коэффициент запаса прочности:

Конструктивно принятые размеры вала обеспечивают многократный запас, поэтому расчет на сопротивление усталости выполнять нецелесообразно.

4.2. Рассчитываем тихоходный вал на статическую прочность

По чертежу вычерчиваем расчетную схему

Рассматриваем действие изгибающих моментов в вертикальной плоскости.

Проверка:

Строим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости

Сечение A:

Сечение Б:

Сечение В:

Сечение Г:

Рассматриваем действие изгибающих моментов в горизонтальной плоскости.

Проверка:

Строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости

Сечение A:

Сечение Б:

Сечение В:

Сечение Г:

Крутящий (вращающий) момент

Передача вращающего момента происходит вдоль оси вала со стороны входного участка до середины шестерни (Эпюра Т).

По эпюрам видно, что тихоходный вал малонагруженный и конструктивно принятые размеры вала обеспечивают многократный запас, поэтому расчет на сопротивление усталости выполнять нецелесообразно.

Проверочный расчет подшипников по заданному ресурсу работы [1, с.106]

Исходя из условий задания на курсовое проектирование и применяемой скорости вращения подшипников, расчёт на статическую и динамическую грузоподъёмности не является необходимым.

Производим расчёт подшипников на заданный ресурс.

Для быстроходной ступени применён подшипник 208, имеющий следующие характеристики: . Для тихоходной ступени применён подшипник 209, имеющий следующие характеристики:.

Вычислим эквивалентную динамическую нагрузку в наиболее нагруженной опоре:

,

где X,Y – коэффициенты, в соответствии с рекомендациями [1, с.106], при ;X =1, Y=0,

К_б – коэффициент безопасности; K_m – температурный коэффициент принимаем К_б = 1,2 в соответствии с рекомендациями табл. 7.4 [1, с.107], К_m = 1.

Тогда

,

Определяем скорректированный по уровню надёжности и условиям применения расчётный ресурс.

,

где а₁,а₂₃ – коэффициенты долговечности и совместного влияния, принимаем а₁=1 , а₂₃=0,75 в соответствии с рекомендациями [1, с.108]; n –частота вращения вала.

Тогда

Для быстроходного вала:

,

Для тихоходного вала

.

Все подшипники удовлетворяют условию долговечности.

5. Расчёт соединений [2, с.168]

В соответствии с заданием и при условии достаточной соосности целесообразно использовать упругую втулочно-пальцевую муфту по ГОСТ 21424-93. Применение такой муфты позволяет компенсировать нежелательные усилия на приводном валу.

Проверка прочности шпоночных соединений.

Шпонки призматические со скруглёнными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длинны шпонок - по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок - Сталь 45 нормализованная.

Для тихоходного вала напряжение смятия определяем по формуле:

,

где T₂ – крутящий момент на тихоходном валу, d – диаметр вала, h – высота шпонки, b – ширина шпонки, l – длинна шпонки, t1 – глубина паза.

Тогда

.

Для быстроходного вала напряжение смятия определяем по формуле:

,

где T₁ – крутящий момент на быстроходном валу, d – диаметр вала, h – высота шпонки, b – ширина шпонки, l – длинна шпонки, t1 – глубина паза.

Тогда

.

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице =110...125МПа, при чугунной=50...70МПа. (материал полумуфт Сталь 45).

Условие выполнено .