Курсовой по деталям машин Раздел 9

9 Проверочный расчёт вала, подшипников, шпоночных соединений

9.1 Проверочный расчёт вала

Для определения реакций в опорах вначале необходимо построить схему нагружения валов редуктора.

Рассмотрим ведомый вал.

На рисунке 9.1 изображена расчетная схема ведомого вала.

Силы, которые действуют на вал:

F_t2= 3410Н – окружная сила на зубчатом колесе;

F_r2=1240 Н –радиальная сила;

F_В= 4672 Н – сила действующая на вал со стороны звёздочки.

Расстояния от точек приложения сил к валу и расстояния точек реакций опор:

По правилам сопротивления материалов, рассматривая вал как балку, лежащую на шарнирно-подвижных опорах и нагруженную сосредоточенными силами, определяют реакции в опорах в горизонтальной плоскости и строят эпюры изгибающих моментов.

Вертикальная плоскость:

=-2140 H

Проверка:

0=0

Строим эпюру для вертикальной плоскости (рисунок 9.1).

Горизонтальная плоскость:

Строим эпюру для горизонтальной плоскости (рисунок 9.1).

Определяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях вала [1] с. 139:

(9.1)

Определяем суммарные радиальные реакции опор вала [1] с. 139:

(9.2)

9.2 Проверочный расчет подшипников

Существует два вида расчетов подшипников качения:

1. По статической грузоподъемности для предотвращения пластических деформаций тел и дорожек качения. Расчет выполняют при частоте вращения n<1 мин^-1;

2. По динамической грузоподъемности для предотвращения усталостного контактного выкрашивания тел и дорожек качения. Расчет выполняется при n>1 мин^-1.

Расчет будем проводить для подшипников ведомого вала 311 ГОСТ 333–79.

Коэффициенты радиальной и осевой нагрузок равны X= 1 и Y=0.

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку по формуле [1] с. 141:

(9.5)

где К_σ – коэффициент безопасности: при спокойной нагрузке К_σ = 1;

К_Т – температурный коэффициент: при температуре подшипника менее 100 °С К_Т = 1.

Рисунок 9.1—Схема нагружения выходного вала

По таблице 11.2 [1] определяем коэффициент γ:

γ=4,2.

Вычисляем требуемую динамическую грузоподъемность подшипников по формуле [1] с. 145:

(9.6)

Подшипники пригодны для установки на данном валу.

9.3 Проверочный расчет шпонок

На рисунке 7.4 (раздел 7, с.3) показана схема шпоночного соединения.

В таблице 9.1 указаны размеры шпоночных соединений.

Таблица 9.1 – Размеры шпоночных соединений

Диаметр вала	Сечение шпонки			Глубина паза
	b	h	t1		t2
38	10	8	5,0		3,3

После определения размеров шпонки производим проверочный расчет соединения по напряжениям смятия [1] с. 147:

(9.7)

где Т – крутящий момент на валу, Н∙мм;

d – диаметр вала в месте посадки шпонки, мм;

l_р – рабочая длина шпонки (для шпонки со скругленными торцами l_р = (l - b), мм; - сминаемая высота шпонки, мм;

Z – количество шпонок;

– допускаемое напряжение смятия, Н/мм²: при стальной ступице = 110-190 МПа,

9.4 Проверочный расчет вала на усталостную прочность

Проверочный расчет выполняем на совместное действие изгиба и кручения путем определения коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях вала и сравнения их с допускаемым значением. Рекомендуется принимать [S] = 1,5–2,5. Коэффициент запаса прочности определяем по формуле [1] с. 149:

(9.8)

где S_σ и S_τ – коэффициенты запаса прочности соответственно по изгибу и кручению.

Коэффициенты запаса прочности определяем в следующей последовательности:

Выбираем материал вала согласно рекомендациям. Выбранный материал – Сталь 45.

Определяем по расчетной схеме (рисунок 6) опасное сечение вала. Опасное сечение – сечение 3.

Определяем коэффициент [1] с. 149:

(9.9)

где и – пределы выносливости для материала вала при симметричном цикле изгиба ([1] таблица 11.5);

и – эффективные коэффициенты концентрации напряжений, их определяют в зависимости от формы детали ([1] табл. 11.8 ) и шероховатости ([1] табл. 11.11 ):

где – коэффициент влияния шероховатости поверхности ([1] табл. 11.11 )

;

;

– коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения ([1] табл. 11.6),;

К_у - коэффициент влияния поверхностного упрочнения ([1] табл. 11.7);

и – коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла напряжений ([1] табл. 11.5),, ;

и – амплитудные напряжения;

и – средние напряжения цикла.

При расчете принимаем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу: = , = , а касательные напряжения по отнулевому (пульсирующему) циклу: = /2, = /2.

Определяем максимальные напряжения в опасном сечении:

и

где – осевой момент сопротивления сечения;

– полярный момент сопротивления сечения вала. и мм³ определяем по формулам ([1] табл. 11.13):

и ;

Условие прочности выполняется, поэтому конструкция вала пригодна для использования.