4.4. Расчетные схемы валов. Опорные реакции. Эпюры изгибающих моментов.

4.5. Подбор подшипников. Проверка долговечности выбранных подшипников.

Тихоходный вал

Подбираем подшипники по наиболее нагруженной опоре.

Выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный легкой серии № 212.

Размеры подшипника: d = 60 мм D = 110 мм B = 22 мм

Динамическая грузоподъёмность C = 41 кН.

Статическая грузоподъёмность C₀ = 22.4 кН.

Радиальная нагрузка подшипник F_r = 0.99 кН;

Поэтому расчёт проведём для правого подшипника

Осевая нагрузка на правый подшипник F_a = 0.52 кН;

Эквивалентная динамическая нагрузка

P_э= К_б• К_Т•(X•V•F_r + Y•F_a),

где X– коэффициент радиальной нагрузки;

Y – коэффициент осевой нагрузки;

К_б= 1.3 – коэффициент безопасности;

К_Т – температурный коэффициент, К_Т=1 при температуре подшипникового узла

T <105˚C .

V – коэффициент вращения, V=1 при вращении внутреннего кольца подшипника.

Окончательно:

для правого подшипника эквивалентная динамическая нагрузка P_э= 4.59кН

Расчетная долговечность подшипника в часах:

Для правого подшипника: L_h= = 92740 ч;

n = 300 – частота вращения кольца подшипника в об/мин;

m – показатель степени кривой усталости, m=3 для шарикоподшипников.

L_E – эквивалентная долговечность подшипника,

L_E= = =185480 ч, где =0.5 – коэффициент для тяжелого режима нагружения. Поскольку L_E > 10000 ч., то выбранный подшипник удовлетворяет заданным условиям работы.

Быстроходный вал

Подбираем подшипники по наиболее нагруженной опоре.

Выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный средней серии № 308.

Размеры подшипника: d = 40 мм D = 90 мм B = 23 мм

Динамическая грузоподъёмность C = 33.2 кН.

Статическая грузоподъёмность C₀ = 18 кН.

Радиальная нагрузка на левый подшипник F_r = 0.99 кН;

Осевая нагрузка на левый подшипник F_a = 0.52 кН;

Эквивалентная динамическая нагрузка

P_э= К_б• К_Т•(X•V•F_r + Y•F_a),

где X– коэффициент радиальной нагрузки;

Y – коэффициент осевой нагрузки;

К_б= 1.3 – коэффициент безопасности;

К_Т – температурный коэффициент, К_Т=1 при температуре подшипникового узла

T <105˚C .

V – коэффициент вращения, V=1 при вращении внутреннего кольца подшипника.

Окончательно:

для левого подшипника эквивалентная динамическая нагрузка P_э= 2.23 кН

Расчетная долговечность подшипника в часах:

Для левого подшипника: L_h= = 151952 ч;

n = 974 – частота вращения кольца подшипника в об/мин;

m – показатель степени кривой усталости, m=3 для шарикоподшипников.

L_E= = =303904 ч. Поскольку L_E > 10000 ч., то выбранный подшипник удовлетворяет заданным условиям работы.

4.6. Уточненный расчет валов

Тихоходный вал

1. Моменты в опасном сечении

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении определим по формуле

M = =83,21 Нм

где M_Г - изгибающий момент в горизонтальной плоскости, M_Г = 58,63 Нм,

M_B - изгибающий момент в вертикальной плоскости M_B = -59,05 Нм.

Т= 225 Нм

2. Коэффициент запаса прочности

n = ,

где n_  коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям,

n_ = ,

_-1=335 МПа– предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба;

k_=2.41 эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;

_=0.85– масштабный фактор, учитывающий размеры детали при изгибе;

=1.33– коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

_=0.18– коэффициент, учитывающий различное влияние на усталостную прочность амплитудных и средних напряжений цикла при изгибе;

_а – амплитуда цикла нормальных напряжений, _а = ,

W_x – осевой момент сопротивления,

W_x= 4.21 см³ _а= 27.288 МПа

_m – среднее напряжение цикла нормальных напряжений, _m = ,

A = 9.62 см² – площадь опасного сечения

_m =0.39

n_=3.875

n_  коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

n_τ =

τ_-1=195 МПа – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения,

k_τ=1.58 эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;

ε_τ=0.75– масштабный фактор, учитывающий размеры детали при кручении;

 =0.09– коэффициент, учитывающий различное влияние на усталостную прочность амплитудных и средних напряжений цикла при кручении;

τ_a и τ_m – амплитудное и среднее напряжения цикла касательных напряжений,

Для отнулевого цикла τ_a = τ_m = ,

где W_p – полярный момент сопротивления, W_p=8.42 см³

τ_a =8.796

n_τ =8.782

Коэффициент запаса прочности в опасном сечении

n= 3.546

Быстроходный вал

Наименование опасного сечения – участок выходного конца тихоходного вала, тип концентратора – наличие шпоночной канавки.

Диаметр вала в опасном сечении d = 40 мм

Материал Сталь 40. Термообработка – Улучшение.

F_к- консольная нагрузка от муфты на быстроходном валу.

F_к=0.125 = 0.125 =1,01 кН