4.4.2 Расчёт полого трубчатого вала

Обычно рулевой вал выполняют полым (трубчатым). Вал работает на кручение, нагружаясь моментом Н м.

Напряжения кручения трубчатого вала:

(4.6)

где d_H и d_B - соответственно наружный и внутренний диаметры вала,

d_H = 0,024 м; d_B = 0,016 м.

МПа.

Допускаемые напряжения кручения рулевого вала [τ_кр] = 100 МПа [16].

Рулевой вал выполняют из стали марок 20, 35, 45 [16].

Рулевой вал проверяют также на жесткость по углу закручивания вала (рад):

(4.7)

где L_p.в - длина вала, L_p.в = 0,16 м;

G - модуль упругости второго рода.

.

Максимальный угол закручивания рулевого вала не должен превышать 5...8° на 1 м длины вала [15].

4.4.3 Расчёт шлицевого вала

Предположим что вал испытывает только скручивание (для упрощения всей схемы расчётов), тогда схема сил и эпюры, действующие на вал можно представить в виде рисунка 4.11.

Рисунок 4.11 – Схема сил действующих на вал и эпюры нагружений

Опасных сечений всего 2:

1. шлицевый конец вала;

2. места по отверстиям установки шплинтов.

Расчёт произведём для всех из них.

Первое сечение – выходной шлицевый конец вала - 6х13х16 длина 50,0 мм, сталь 45 горячекатаная, МПа,МПа [16]:

МПа; (4.8)

, (4.9)

где - предел выносливости материала при кручении,

МПа;

- коэффициент концентрации касательных напряжений,

[16].

МПа.

МПа – прочность вала обеспечена.

Второе опасное сечение - места по отверстиям установки шплинтов

МПа;

,

где - предел выносливости материала при кручении,

МПа;

- коэффициент концентрации касательных напряжений,

[16].

МПа.

МПа – прочность вала обеспечена.

4.4.4 Расчёт болтовых соединений

Схему нагружения болтов в муфтовом сочленении можно представить в виде рисунка 4.12.

Рисунок 4.12 – Схема сил нагружения в муфтовом соединении

На первом этапе определим значение сдвигающей силы:

Н. (4.10)

Основным критерием работоспособности резьбовых соединений является прочность. Все стальные болты изготавливают равнопрочными, поэтому расчёт на прочность резьбовых соединений обычно производят только по одному основному критерию работоспособности – прочность нарезанной части стержня.

Устанавливаем болты с зазором. При установке болтов с зазором в соответствии с рисунком 4.12 требуемую силу затяжки определим по формуле:

, (4.11)

где - коэффициент запаса по отсутствию сдвига,

= 1,3…1,5 [16];

F – сдвигающая сила, F = 775,51 Н;

f – коэффициент трения в стыке, f = 0,15…0,20 [16];

i – число стыков, i = 1,0.

Н.

Эквивалентная нагрузка составляет:

МПа. (4.12)

Допускаемое напряжение на растяжение определяется по формуле:

МПа, (4.13)

где - предел текучести,= 900,0 МПа[16];

S – коэффициент запаса прочности, S = 1,5...2,5 [16].

МПа < МПа – условие выполняется.