3.8.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность

Для изготовления валов используют углеродистые стали марок 20, 35, 45, нормализованные или улучшенные. Для высоконагруженных валов, а также для валов-шестерни применяют легированные стали 20Х, 40Х, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Валы этих материалов подвергают объемной закалке с высоким отпуском или цементации с низким отпуском. Механические характеристики материалов валов даны в таблице 44[Р. 10].

Так как в проектируемом редукторе шестерня изготовлена как одно целое с валом, то материал входного вала тот же, что и для шестерни – сталь 40Х со следующими параметрами: - диаметр заготовки 120 мм; - твердость 270 НВ; - механические характеристики: σ_В = 900 МПа, σ_Т = 750 МПа, τ_Т = 450 МПа, σ_-1 = 410 МПа, τ_-1 = 240 МПа.

Для выходного вала – сталь 45 со следующими параметрами: - диаметр заготовки 120 мм; твердость 240 НВ; механические характеристики:

σ_В = 800 Мпа; σ_Т = 550 МПа; τ_Т = 300 МПа; σ_-1 = 350 МПа; τ_-1 = 210 МПа.

Расчет на статическую прочность производят в целях предупреждения пластических деформаций в период действия кратковременных перегрузок (например, при пуске).

При расчете на статическую прочность условие прочности записывается в виде:

S_T ≥ [S]_T,

где S_T - расчетный коэффициент запаса прочности по текучести;

[S]_T = 1,3…1,6 - допускаемый коэффициент запаса прочности по текучести.

Расчетный коэффициент запаса прочности по текучести определяется по формуле:

S_T = ,

где σ_T = 550 МПа - предел текучести материала вала;

К_П = 2,5 - коэффициент перегрузки;

σ_экв – эквивалентное напряжение, определяемое по формуле:

σ_экв = М_экв/W_и ,

где W_и - осевой момент сопротивления сечения, для вала круглого сечения

W_и = 0,1·47,5³ = 10717 мм³;

М_экв - эквивалентный момент: М_экв = .

Изгибающие и крутящие моменты в опасном сечении (рис. 3.8.2):

М_х(z) = 21,663 H∙м; М_у(z) = 75,364 H∙м; М_z(z) = 95,5 H∙м.

Результирующий изгибающий момент

М_u = Н∙м.

Осевой момент сопротивления сечения:

W_и мм³.

Эквивалентный момент

М_экв = Н∙м.

Эквивалентное напряжение

σ_экв = Н/мм².

Коэффициент запаса прочности по текучести

S_T = >>[S]_T = 1,3…1,6,

т.е. статическая прочность вала обеспечивается с большим запасом.

4 Расчет одноступенчатого редуктора

С ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

Целями расчёта редуктора данного типа являются определение основных геометрических параметров как червяка и червячного колеса, так и передачи в целом, а также проверка соответствия найденных параметров условиям, при которых обеспечивается работоспособность передачи, т.е. условиям прочности, температурного нагрева, удовлетворения требуемого значения КПД и т. д.

4.1 Расчетная схема. Исходные данные

Расчетная схема червячной передачи составляется на основе кинематической схемы ЭМП. На расчетную схему в условных обозначениях наносятся все известные параметры, а также параметры, подлежащие определению в этом разделе. Расчетная схема червячной передачи представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1 Расчетная схема червячной передачи

Исходные данные берутся из общего расчета привода:

момент на входном валу Т₁ = 45,44 Нм;

момент на выходном валу Т₂ = 954,2 Нм;

передаточное число u = 30;

частота и угловая скорость вращения входного вала

n_э = n₁ = 750 об/мин, ω₁ = 78,5 с^-1;

частота и угловая скорость вращения выходного вала

n₂ = 25 об/мин, ω₂ = 2,62 с^-1;

ресурс работы привода t = 30000 часов.