4.4 Выбор материала валов 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[4].

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, (4.13)

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 = , (4.14)

где σ_T = 550 МПа - предел текучести материала вала;

К_П = 2,5 - коэффициент перегрузки;

σ_экв - эквивалентное напряжение, определяемое по формуле:

σ_экв = (4.15)

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

W_u мм³; (4.16)

М_экв - эквивалентный момент: М_экв = (4.17)

Изгибающие и крутящие моменты в опасном сечении (рис. 4.2):

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.

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.

5 Проверочный расчет подшипников выходного вала

При предварительной конструктивной проработке были выбраны подшипники роликовые конические однорядные радиально-упорные лёгкой серии и схема их установки. Для определения их работоспособности производится проверочный расчёт по динамической грузоподъёмности.

5.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчётная схема подшипника приведена на рисунке 5.1.

Рис. 5.1 Расчётная схема подшипника

Исходные данные:

силы реакции опор

R_A = ;

R_B = ;

осевая сила F_a = 499Н;

частота вращения выходного вала n_вых = n₂ = 400 об/мин;

подшипники роликовые конические лёгкой серии №7208 с параметрами : d = 40мм; D = 80 мм; Т = 19,25 мм; В = 18 мм; С = 16 мм; С_r = 46,5 кН; С_0r = 32,5 кН; е = 0,38; Y = 1,56; Y₀ = 0,86 (таблица 40[4]); нагрузка спокойная, переменная, реверсивная, с умеренными толчками; ресурс работы t = 30000 часов.