8.2. Проверочный расчет стяжных винтов подшипниковых узлов

Стяжные винты (болты) диаметром d₂ подшипниковых узлов – наиболее ответственные резьбовые детали редуктора, расположенные попарно около отверстий под подшипники. Их назначение – воспринимать силы, передаваемые на крышку редуктора внешними кольцами подшипников, и сжимать фланцы крышки и основания корпуса для предотвращения их раскрытия и утечки масла.

Стяжные винты рассчитывают на прочность по эквивалентным напряжениям на совместное кручение и изгиб.

1. Определяем силу, приходящуюся на один винт:

2. Принимаем:

Коэффициент затяжки: К_З = 2; х = 0,3 – соединение чугунных деталей без прокладок.

3. Определяем механические характеристики материала винтов:

Предел прочности σ_В = 500 Н/мм²; предел текучести σ_τ = 300 Н/мм²;

Допускаемое напряжение:

4. Определяем расчетную силу затяжки винтов:

5. Выбираем установочные винты диаметром М14.

6. Определяем площадь опасного сечения:

7. Определяем эквивалентные напряжения:

Выбранные винты выдерживают заданную нагрузку.

8.3. Проверочный расчет валов

Проверочный расчет валов на прочность выполняют на совместное действие изгиба и кручения. При этом расчет отражает разновидности цикла напряжений изгиба и кручения, усталостные характеристики материала валов, размеры, форму и состояние поверхности. Проверочный расчет проводится после завершения конструктивной компоновки и установления окончательных размеров валов.

А. Быстроходный вал:

1. Определяем напряжения в опасных сечениях вала.

а) Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений равна расчетным напряжениям изгиба.

где

W_нетто – осевой момент сопротивления сечения вала, определяем из таблицы 11.1 [ист. 4 стр. 270].

М₁ =106,8 Н*м – приложен к 5-ой ступени ослабленной зубьями шестерни

М₂ =167 Н*м – приложен к 4-ой ступени ослабленной канавкой d₄ = 48 мм.

М₃ =186,7 Н*м – приложен к 4-ой ступени ослабленной канавкой d₄ = 42 мм.

Расчет проводим для сечения минимального диаметра

б) Касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу, при котором амплитуда цикла равна половине расчетных напряжений кручения.

где

W_ρнетто – полярный момент инерции сопротивления сечения вала, определяем из таблицы 11.1 [ист. 4 стр. 270].

М_к = 100 Н*м – приложен ко всем ступеням вал-шестерни.

Тогда

2. Определяем коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений:

3. Определяем коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений:

К_σ = 2,08 – эффективный коэффициент концентрации напряжений определяем по таблице 11.2 [ист. 4 стр. 271…272].

К_τ = 1,7 – эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений определяем по таблице 11.2 [ист. 4 стр. 271…272].

К_d = 0,8 – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения вала определяем по таблице 11.3 [ист. 4 стр. 272].

К_F4 = 0,86 – коэффициент влияния шероховатости определяем по таблице 11.4 [ист. 4 стр. 272].

Тогда:

4. Определяем пределы выносливости в расчетном сечении вала. Материал валов Сталь 40ХН ГОСТ 4543 – 71 вид термообработки – улучшение.

5. Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.

6. Определяем общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении вала.

Б. Ведомый вал

1. Определяем напряжения в опасных сечениях вала.

а) Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений равна расчетным напряжениям изгиба.

где

W_нетто – осевой момент сопротивления сечения вала, определяем из таблицы 11.1 [ист. 4 стр. 270].

М₃ = 332 Н*м – приложен ко 2-й ступени ослабленной канавкой .

б) Касательные напряжения изменяются по нулевому циклу, при котором амплитуда цикла равна половине расчетных напряжений кручения.

где

М_к =550 Н*м – приложен ко всем ступеням, кроме 4-ой

Тогда:

2. Определяем коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений:

К_σ2 = 2,01 – эффективный коэффициент концентрации напряжений определяем по таблице 11.2 [ист. 4 стр. 271…272].

К_τ2 = 1,65 – эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений определяем по таблице 11.2 [ист. 4 стр. 271…272].

К_d2 = 0,73 – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения вала определяем по таблице 11.3 [ист. 4 стр. 272].

К_F2 = 0,86 – коэффициент влияния шероховатости определяем по таблице 11.4 [ист. 4 стр. 272].

Тогда

3. Определяем пределы выносливости в расчетном сечении вала. Материал вала Сталь 40ХН ГОСТ 4543 – 71 вид термообработки – улучшение.

4. Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.

5. Определяем общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении вала.

Как показывают расчеты, запас прочности валов в опасных сечениях в несколько раз превышает допустимое значение. Однако снижать диаметры валов или уменьшать механические характеристики материалов не следует, так как это снизит жесткость валов, что негативно скажется на работе конического зацепления.