11 Проверочные расчеты

11.1 Проверочный расчет шпонок Выбираем шпонки призматические со скругленными торцами по гост 23360-78.

Материал шпонок – сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности

где h – высота шпонки;

t₁ – глубина паза;

l – длина шпонки

b – ширина шпонки.

Быстроходный вал.

Шпонка на выходном конце вала: 8×7×30.

Материал шкива – чугун, допускаемое напряжение смятия [σ]_см = 60 МПа.

σ_см = 2·24,6·10³/28(7-4,0)(30-8) = 26,5 МПа

Тихоходный вал.

Шпонка под колесом 18×11×80. Материал ступицы – чугун, допускаемое напряжение смятия [σ]_см = 60 МПа.

σ_см = 2·388,9·10³/60(11-7,0)(80-18) = 52,1 МПа

Шпонка на выходном конце вала: 14×9×63. Материал звездочки – сталь 45, допускаемое напряжение смятия [σ]_см = 120 МПа.

σ_см = 2·388,9·10³/45(9-5,5)(63-14) =100,4 МПа

Во всех случаях условие σ_см < [σ]_см выполняется, следовательно устойчивая работа шпоночных соединений обеспечена.

11.2 Проверочный расчет стяжных винтов подшипниковых узлов Стяжные винты рассчитывают на прочность по эквивалентным напряжениям на совместное действие растяжения и кручения /1c.266/

Сила приходящаяся на один винт

F_в = 0,5С_Y = 0,5∙3330 =1665 H

Принимаем коэффициент затяжки К_з = 1,5 – постоянная нагрузка, коэффициент основной нагрузки х=0,3 – для соединения чугунных деталей без прокладки.

Механические характеристики материала винтов: для стали 30 предел прочности σ_в = 500 МПа, предел текучести σ_т = 300 МПа; допускаемое напряжение:

[σ] = 0,25σ_т = 0,25∙300 = 75 МПа.

Расчетная сила затяжки винтов

F_p = [K_з(1 – х) + х]F_в = [1,5(1 – 0,3) + 0,3]1665=2248 H

Определяем площадь опасного сечения винта

А = πd_p²/4 = π(d₂ – 0,94p)²/4 = π(12 – 0,94∙1,75)²/4 = 84 мм²

Эквивалентное напряжение

σ_экв = 1,3F_p/A = 1,3∙2248/84= 34,8 МПа < [σ] = 75 МПа

11.3 Уточненный расчет валов /2/. Быстроходный вал

Быстроходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой В. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Материал вала сталь 45, улучшенная: _В = 780 МПа [2c34]

Пределы выносливости:

• при изгибе _-1  0,43_В = 0,43780 = 335 МПа;

• при кручении _-1  0,58_-1 = 0,58335 = 195 МПа.

Суммарный изгибающий момент М_и = 51,1 Н·м

Осевой момент сопротивления

W = πd³/32 = π35³/32 = 4,21·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·4,21·10³ = 8,42·10³ мм³

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W =51,1·10³/4,21·10³ =12,1 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₁/2W_p = 24,6·10³/8,42·10³ = 2,9 МПа

Коэффициенты:

k_σ/_σ = 3,5; k_/_ = 0,6 k_σ/_σ + 0,4 = 0,6·3,5 + 0,4 = 2,5

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/_σ) = 335/3,5·12,1 = 7,9

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,5·2,9 + 0,1·2,9) = 25,9

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 7,9·25,9/(7,9² + 25,9²)^0,5 = 7,5 > [s] = 2,5

Тихоходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой С. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Суммарный изгибающий момент

М_и = (122,2² + 211,6²)^1/2 = 244,4 Н·м.

Осевой момент сопротивления

W = πd³/32 = π50³/32 = 12,3·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·12,3·10³ =24,6 мм

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W = 244,4·10³/12,3·10³ = 19,9 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₂/2W_p =388,9·10³/2∙24,6·10³ = 7,9 МПа

Коэффициенты:

k_σ/_σ = 4,0; k_/_ = 0,6 k_σ/_σ + 0,4 = 0,6·4,0 + 0,4 = 2,8

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/_σ) = 335/4,0·19,9 = 4,2

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(2,80·7,9 + 0,1·7,9) = 8,5

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 4,2·8,5/(4,2² + 8,5²)^0,5 = 3,8 > [s] = 2,5

Рассмотрим сечение проходящее под червячным колесом

Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки

Суммарный изгибающий момент

М_и = (193,3²+203,2²)^1/2 =280,5 Н·м

Момент сопротивления изгибу

W_нетто = πd³/32 – bt₁(d-t₁)²/2d =

= π60³/32 – 18·7.0(60-7,0)²/2·60 = 18,3·10³ мм³

Момент сопротивления кручению

W_{к нетто} = πd³/16 – bt₁(d-t₁)²/2d =

= π60³/16 – 18·7.0(60-7,0)²/2·60 = 39,5·10³ мм³

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W_нетто =280,5·10³/18,3·10³ =15,3 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

_v = _m = T₂/2W_{к нетто} = 388,9·10³/2∙39,5·10³ = 4,9 МПа

Коэффициенты:

k_σ= 1,8; _σ =0,79; k_ = 1,7; _ =0,67; _ = 0,1 [2c166]

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/_σ) = 335/(1,8·15,3/0,79) = 9,6

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_ = _-1/(k__v/_ + _ _m) = 195/(1,7·4,9/0,67 + 0,1·4,9) =15,1

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_/(s_σ² + s_²)^0,5 = 9,6·15,1/(15,1² + 9,6²)^0,5 = 8,1 > [s] = 2,5

11.4 Тепловой расчет редуктора

Температура масла в корпусе редуктора:

= 95 С,

где t_в = 18 С – температура окружающего воздуха;

K_t = 17 Вт/м²К – коэффициент теплопередачи;

А = 0,24 м² – площадь поверхности охлаждения

t_м = 18 + 2,45710³(1 – 0,84)/170,36 = 82 С.

Условие t_м < [t_м] выполняется.

12. Технический уровень редуктор

Масса редуктора

m = φρd₁0,785d₂²∙10^-9 = 9,5∙7300∙50∙0,785∙200²∙10^-9 =109 кг

где φ = 9,5 – коэффициент заполнения редуктора /1c.278/.

ρ = 7300 кг/м³ – плотность чугуна.

Критерий технического уровня редуктора

γ = m/T₂ =109/389 = 0,28

При γ > 0,2 технический уровень редуктора считается низким, а редуктор морально устаревшим.

Литература

1. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин.–М.: Высш. шк., 1991.–432 с.

2. Курсовое проектировании деталей машин. /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

3. Чернилевский Д.В. Проектирование деталей машин и механизмов. – М.: Высш. шк. 1980.

4. Леликов О.П. Курсовое проектирование. – М.:Высш.шк.,1990.

5. Дунаев Н.В. Детали машин. Курсовое проектирование. – М.:Высш. шк., 2002.

6. Альбом деталей машин.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1-3 – М.:Машиностроение, 1978.

8. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. – Л.: Машиностроение, 1988.