4 Разработка вала привода

Разработка валов привода содержит в себе все основные стадии проектирования: техническое предложение, эскизный проект, технический проект.

В начальной стадии разработки выполняется компоновка валов по полуэмпирическим зависимостям от крутящего момента. После отработки компоновки производится проектировочный расчет диаметра валов по приведенному моменту, т.е. с учетом изгибающих моментов.

Проверка окончательной конструкции проводится в форме проверочного расчета по коэффициентам запаса выносливости в опасных сечениях. Опасными сечениями являются сечениями, в которых действуют максимальные нагрузки или имеются концентраторы напряжений: шпоночный паз, галтель и т.д.

4.1 Расчет вала привода

Исходные данные:

-межосевое расстояние, а=150 мм,

-диаметры колес, d_w1=72,5 d_w2=226,2,d_a1=78,5, d_a1=232 мм,

-ширина колес, b₁=114, b₁=45,86 мм,

Диаметры валов d_вал1=39,31, d_вал2=28,55 мм,

Размеры ступиц колес:

L_ст=D_ст=1,8·39,31=70,758 мм,

L_ст=D_ст=1,7·28,55=48,535 мм,

δ=10 мм,

с₂=3 мм,

с₃=7 мм,

с₄=13 мм,

с₅=12 мм,

с₆=27 мм,

с₇=7 мм,

к=f(dбай)=40 мм,

S=40+10+6=56 мм,

D₁=55 мм,

B₁=9 мм,

R₁=0,5 мм,

D₂=62 мм,

B₂=9 мм,

R₂=0,5 мм,

h=6,4 мм,

h₁=8 мм,

h₂=h₁=8 мм,

h₃=6 мм,

h₄=5 мм,

h₅=3 мм.

4.2 Расчет вала на усталостную прочность

1. Определяем опорные реакции.

Исходные даны:

l₁=70 мм

l₂=50 мм

l₃=52 мм

Реакции опоры вала от сил F_t1,F_t2

; , (29)

H∙м; H∙м.

Реакции опоры от сил F_r1,F_r2

; (30)

(31)

Н∙м; Н∙м

Реакции опоры от силы F_x1

, (32)

.

Суммарные реакции:

, (33)

Н∙м,

,

Н∙м,

3.Определяем изгибающие моменты в сечениях и построить их эпюры при действии от каждой группы сил.

от сил F_t1,F_t2

, (34)

от сил F_r1,F_r2

; (35)

Н∙м

Н∙м

от силы F_x1 в сечении :

слева ; (36)

справа (37)

; Н∙м,

от силы F_x в сечение :

, (38)

.

От F_t1,F_t2 вал изгибается в одной плоскости, а от сил F_r1,F_r2 и F_x1-в плоскости, перпендикулярной первой. Полный изгибающий момент будет равен:

в сечении :

, (39)

Н∙м,

в сечении :

, (40)

Н∙м.

4.Определяем приведенный момент для каждого сечения вала

; (41)

Н∙м

Н∙м

5. Определить диаметры вала в опасных сечениях, мм

, (42)

где - приведённый момент;

- допускаемое напряжение изгибы, МПа;

, (43)

где - предел выносливости материала при изгибе, МПа;

- ориентировочное значение коэффициента концентрации;

S=2,2 – ориентировочное значение коэффициента запаса прочности.

МПа,

, мм,

, мм,

6. Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям для каждого из опасных сечений

, (44)

где - предел выносливости материала при изгибе, МПа;

- эффективный коэффициент концентрации напряжения при изгибе, МПа;

β- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости , β=0,9;

- масштабный фактор для нормальных напряжений;

- амплитуда нормального напряжения;

W=0,1d³ – момент сопротивления изгибу;

- коэффициент чувствительности к ассиметрии цикла напряжений;

- среднее напряжение;

F_x- осевая нагрузка в сечении.

,

,

,

7. Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по касательным напряжениям

, (45)

где - предел выносливости материала при кручении, МПа;

- эффективный коэффициент концентрации напряжения при кручении, МПа;

β- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости , β=0,9;

- масштабный фактор касательных напряжений;

- амплитуда циклов и среднее касательное напряжений;

Т – крутящий момент;

W_ρ=0,2d³ – полярный момент сопротивления;

- коэффициент чувствительности материала к ассиметрии цикла.

,

,

8. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по каждому из опасных сечений

, (46)

.

9. Проводим сравнение S≥[S],

где [S] – допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности.

Условие выполняется.