4.Расчет выходного вала

4.1.Определение диаметра вала (ориентировочно)

мм,

где - допускаемое напряжение на кручении; МПа, выбираем =20 МПа, тогда:

мм.

Согласовываем с ГОСТом 12080-66 и принимаем, что мм.

4.2.Выбор подшипников

Основываясь на диаметре цапфы, равным 45 мм, выбираем тип подшипника 209 – радиальный шариковый подшипник, легкой серии. Размеры подшипника выбираем из [1]. Получаем:

D=85 мм – диаметр подшипника, В=19 мм – ширина подшипника.

4.3.Определение размеров консоли

Размеры консоли выбираем по таблице из [1] .

4.4. Составление расчетной схемы вала

- расстояние между опорами, где d₁ - диаметр под подшипником (по рекомендации [2]);

d₂=45 мм – диаметр цапфы (l₂=19 мм);

d₃=43 мм – диаметр между подшипниками;

d₄=55 мм – диаметр заплечика;

d₅=45 мм – диаметр вала под колесом;

L_ст=20 мм длина ступицы.

4.5. Расчет вала на статическую прочность

При этом расчете изображается вал в форме 2-х опорной балки с консолью (приложение 2).

Последовательность расчета вала на статическую прочность

1. Вводится координатная система.

В виду того, что силы не приводятся к одной плоскости, в расчет вводятся 2 силовые плоскости XOZ и XOY (фронтальную и горизонтальную).

2. Определяются опорные реакции вала из уравнений моментов сил относительно точек А и В последовательно:

F_R*a-R_BZ*L=0,

R_BZ=390 H

F_R*(L+a)-R_AZ*L=0

R_АZ=1590 H

Проверка: ;

1590-1200-390=0- условие выполняется.

где - неуравновешенное усилие от соединения муфты.

Проверка: ;

2230-3290+3040-1980=0-условие выполняется.

3. Построение эпюр изгибающих моментов.

Построение эпюр изгибных моментов для каждой силовой плоскости:

Для XOZ :

x₁=0 ,

x₁=0,045 ,

x₁=0,045 , M=71.55 Нм

x₁=0,090 , M=89 Нм

,

Для XOY :

x₁=0 , М=0

x₁=x₀ =0,060 , М=118,8 Нм

,

x₂=0.06 , x₂=0,105

М=118,8 Нм , М=308,25 Нм

x₃=0.105 , x₃=0,15 м

М=308,25 Нм, М=349,6 Нм

4. Определение моментов и «опасного» сечения вала

4.6.Расчетное напряжение изгиба в опасном сечении вала

где -коэффициент пусковых и перегрузочных моментов ( =1,8…2,4).

4.7. Расчетное напряжение кручения в опасном сечении

4.8. Расчетный запас статической прочности вала

Следовательно, условие статической прочности выполняется.

4.9. Проверка опасных сечений на усталостную прочность с учетом концентраций напряжений и пределов выносливости материалов ( )

Усталостная прочность оценивается S – запасом усталостной прочности в опасном сечении:

а)

где - предел выносливости; - эффективный коэффициент в ступенчатом переходе с галтелью; - масштабный фактор; - амплитуда цикла напряжений изгиба.

Подставляя все значения в формулу получаем:

б)

где  - среднее напряжение цикла; -коэффициент масштабного эффекта;

-предел выносливости при циклическом кручении; -коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла;

Подставляя все значения в формулу (1) получаем: