5. Расчет шпоночных соединений приводного барабана.
Основным для соединений с призматическими шпонками является условный расчет на смятие.
Шпонка под ступицами приводного барабана:
для вала диаметром
по ГОСТ 23360-78 предназначена шпонка со
следующими размерами: ширина шпонки
;
высота шпонки
;
глубина паза на валу
;
длина шпонки
.
Если принять для упрощения, что нормальные
напряжения в зоне контакта распределены
равномерно и плечо главного вектора
давления равно
,
то
,
(2)
где
– рабочая длина шпонки;
– глубина врезания шпонки в ступицу
колеса;
– допускаемое напряжение смятия для
шпонки, изготовленной из стали 45 [1, с.
89].
Принимаем длину шпонки равную
в соответствии с длиной ступицы. Тогда
.
По формуле (2) проверяем напряжения в
зоне контакта.
≤
,
Проверку прочности шпонок на срез обычно не проводят, так как это условие соблюдается при использовании стандартных сечений шпонок.
Шпонка под зубчатой муфтой: для вала
диаметром
по ГОСТ 23360-78 предназначена шпонка со
следующими размерами: ширина шпонки
;
высота шпонки
;
глубина паза на валу
;
длина шпонки
.
Если принять для упрощения, что нормальные
напряжения в зоне контакта распределены
равномерно и плечо главного вектора
давления равно
,
то
,
(2)
где
– рабочая длина шпонки;
– глубина врезания шпонки в ступицу
колеса;
– допускаемое напряжение смятия для
шпонки, изготовленной из стали 45 [1, с.
89].
Принимаем длину шпонки равную
в соответствии с длиной ступицы. Тогда
.
По формуле (2) проверяем напряжения в
зоне контакта.
≤
.
Проверку прочности шпонок на срез обычно не проводят, так как это условие удовлетворяется при использовании стандартных сечений шпонок.
6. Расчет концевого вала барабана.
Рис. 5. Схема нагружения вала
Составляем расчетную схему вала (рис.
5),прикладывая к валу найденные
ранее нагрузки, и определяем реакции
опор, задавшись длинами
,
и
.
Реакции опор в горизонтальной плоскости из условия равновесия
,
откуда
,
откуда
Реакции опор в вертикальной плоскости из условия равновесия
,
откуда
,
откуда
Определим изгибающие моменты в характерных сечениях вала:
в сечении C:
в сечении D:
в сечении B:
;
Определим суммарные изгибающие и эквивалентные моменты:
в сечении C:
в сечении D:
в сечении B:
Материал вала сталь 40ХН. Характеристики материала [6, табл.8; с.90]:
.
– запас прочности по статической несущей
способности.
Определяем диаметр вала в наиболее нагруженном сечении:
С учетом ослабления сечения шпоночными
пазами увеличиваем сечение на 15%.
.
Принимаем
.
Остальные диаметры назначаем конструктивно по нормальному ряду размеров. В целях унификации принимаем диметры вала в подшипниковых опорах одинаковыми и равными 80 мм. Диаметры вала под ступицами также принимаем одинаковыми и равными 90 мм. Диаметр вала между ступицами - 80 мм.
7. Расчет подшипников вала концевого барабана.
Схема для расчета подшипников см. рис. 5 данногокурсового проекта.
Радиальная нагрузка на опору A:
Радиальная нагрузка на опору B:
Опорой приводного вала на раму являются
двухрядные сферические роликоподшипники.
Расчет ведем по наиболее нагруженному
подшипнику. На подшипник действуют
только радиальные усилия, равные
.
Предварительно принимаем двурядные шарикоподшипники 111316 по ГОСТ 5720-75* средней серии. С = 110кН, Со = 60кН.
Определяем эквивалентную динамическую нагрузку
,
где
– коэффициент долговечности.
Номинальная эквивалентная нагрузка определяется по зависимости
,
где
– кинематический коэффициент, учитывающий
снижение долговечности при неподвижном
внутреннем кольце подшипника;
– коэффициент безопасности при нагрузке
с незначительными толчками;
– температурный коэффициент при
.
Тогда
и
Расчетная долговечность проверяем по динамической грузоподъёмности:
,
где
– коэффициент, учитывающий вероятность
безотказной работы;
– коэффициент, учитывающий совместное
влияние качества металла и условий
эксплуатации;
– частота вращения приводного вала
– показатель степени для роликоподшипников.
,
что удовлетворяет требованиям.
Проверяем выбранный подшипник по статической грузоподъёмности:
,
.