4.8. Проверочный расчет шпонок.

Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие детали крепятся на валах с помощью шпоночных соединений.

Сечение шпонки выбирают в зависимости от диаметра вала (см. [1] табл.7.7). Длину шпонки принимают по длине ступицы с округлением в меньшую сторону до стандартной (см. примечание к табл.7.7)

где

- длина шпонки,мм

- длина ступицы,мм

Шпонка на колесе косозубого колеса

=70-5=65мм, принимаем стандартную длину 63мм

параметры шпонки (см.рис. 4.8.): b=20, h=12, t1=7.5, t2=4.9.

Шпонка под ременную передачу

=40-6=34мм, стандартное значение 36мм

b=8, h=7, t1=4.0, t2=3.3.

Шпонка на колесе прямозубого колеса

=80-7=73мм

Шпонки рассчитываются на смятие по формуле:(см./1/с.94)

(4.77)

где

- напряжение смятия,

- крутящий момент на валу,

- диаметр вала вместе посадки шпонки, мм

- рабочая длина шпонки, мм

, -параметры шпонки смотри выше, мм

- допускаемое напряжение смятия 110-190,

Шпонка на колесе косозубого колеса:

Шпонка под ременную передачу:

Шпонка под прямозубое колесо:

рис. 4.6.

4.9. Проверочный расчет валов на усталостную прочность

Проверочный расчет валов выполняют на совместное действие изгиба и кручения путем определения коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях вала и сравнения их с допускаемым значением Рекомендуется принимать =1,5 –2,5.Коэффициент запаса прочности определяют по формуле:

(4.78)

где

- коэффициенты запаса прочности соответственно по изгибу и кручению.

Коэффициенты запаса прочности определяют отдельно для быстроходных и тихоходных валов в следующей последовательности :

Выбираем материал (см. п.6.1. [1]) выбираем марку Сталь 40Х

Определяем по рассчетной схеме (см. п. 7.1. [1]) опасное сечение вала (там, где сочетаются максимальные значения изгибающих и крутящих моментов)

Определяют коэффициент запаса прочности по изгибу в предположение, что напряжения изменяются по симетричному циклу:

; (4.79)

где

- предел выносливости при изгибе с симетричным циклом: для углеродистых сталей G-1=0.355 Gв +(70-120), где Gв-предел прочности материала вала (см. табл.2.1 [1]) Gв=1000 МПа

G-1=0.351000+100=450МПа,

- амплитудное напряжение изгиба

(4.80)

где

М_и – изгибающий момент в опасном сечении (Нмм)

(4.81)

W=0.1d³ (4.82)

= 2.8 – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений ([1] табл. 7.8.)

= 0.59 – масштабный фактор ([1] табл. 7.9.

= 1 – учитывает способ упрочнения поверхностей (без поверхностного упрочнения).

Опрделяют коэффициент запаса прочности по кручению для случая пульсирующего цикла как наиболее часто применяемого (нереверсивная передача):

(4.83)

где

_-1 – предел выносливости при кручении.

_-1=(0.2-0.3)G_B

G_B – табл. 2.1. [1]

_a – амплитудное напряжение кручения.

(4.84)

где

_М – среднее напряжение цикла.

Т – крутящий момент (Нмм)

W_p – полярный момент сопротивления (мм³)

W_p=0.2d³ – для круглого сечения.

- для круглого сечения со шпоночным пазом. (4.47)

K_ - эффективный коэффициент концентрации при кручении ([1] табл. 7.8.)

K_d – масштабный фактор ([1] табл. 7.9.)

K_V – учитывает способ упрочнения поверхности, для валов без поверхностного упрочнения K_V = 1

_ - учитывает асимметрию цикла. _ = 0.1 – для легированных сталей.

Определяют общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении:

(4.85)

В том случае, когда условие прочности не выполняется, необходимо выбрать более прочную сталь либо внести необходимые изменения в конструкцию вала.

Расчет вала входного:

Нмм

K_d = 0.59

K_V = 1

K_G =2.8

W=0.170³=34300 мм³

_-1=0.251000=250

T=120.61 Нм

W_p=0.270³=68600 мм³

Расчет промежуточного вала:

Нмм

K_d = 0.65

K_V = 1

K_G =1.9

(4.86)

мм³

_-1=0.251000=250

T=573.27 Нм

мм³