Проверка прочности шпоночных соединений

9. Проверка прочности шпоночных соединений

Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок — по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок — сталь 45 нормализованная.

Напряжения смятия и условие прочности по формуле

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице [σ_см] = 100 ÷ 120 МПа, при чугунной [σ_см] = 50 ÷ 70 МПа.

Ведущий вал: d = 24 мм; b х h = 8 х 4 мм; t₁ = 4 мм; длина шпонки l = 56 мм; момент на ведущем валу Т₁ = 43400 Н*мм;

 МПа

 

Ведомый вал

Из двух шпонок — под зубчатым колесом и под муфтой — более нагружена вторая (меньше диаметр вала и поэтому меньше размеры поперечного сечения шпонки). Проверяем шпонку под звездочкой: d = 55 мм; b х h = 10 х 8 мм; t₁ = 5 мм; длина шпонки l = 45 мм; момент Т₂ = 217 * 10³ Н*мм;

 МПа

Условие σ_см < [σ_см] выполнено.

10. Уточненный расчет валов

Примем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения – по отнулевому (пульсирующему).

Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности s для опасных сечений и сравнении их с требуемыми значениями [s]. Прочность соблюдена при s ≥ [s].

Будем производить расчет для предположительно опасных сечений каждого из валов.

Ведущий вал.

Материал вала тот же, что и для шестерни (шестерня выполнена заодно с валом), т. е. сталь 45, термическая обработка — улучшение.

При диаметре заготовки до 90 мм среднее значение σ_в = 780 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба

σ_-1 ≈ 0,43 σ_в = 0,43 * 780 = 335 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений

τ_-1 ≈ 0,58σ_-1 = 0,58 * 335 = 193 МПа.

Сечение А – А. Это сечение вала под шкивом клиноременной передачи, рассчитываем на кручение. Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.

Изгибающий момент

 Н * мм

Момент сопротивления кручению при d = 24 мм; b = 8 мм; t₁ = 4 мм

 мм³

Момент сопротивления изгибу

 мм³

Амплитуда и среднее напряжение от нулевого цикла

МПа

Принимаем k_σ = 2,5; ε_σ ≈ 0,89; k_τ = 1,68; ε_τ ≈ 0,8 и ψ_τ ≈ 0,1.

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

 МПа;

Среднее напряжение σ_m = 0.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

Результирующий коэффициент запаса прочности

Результирующий коэффициент получился близким к коэффициенту запаса s_τ = 9,8. Это незначительное расхождение свидетельствует о том, что консольные участки валов, рассчитанные по крутящему моменту, учет консольной нагрузки не вносит существенных изменений. Фактическое расхождение будет еще меньше, так как посадочная часть вала обычно короче, чем длина ступицы шкива, что уменьшает значения изгибающего момента и нормальных напряжений.

Такой большой коэффициент запаса прочности объясняется тем, что диаметр вала был увеличен при конструировании

По той же причине проверять прочность в других сечениях нет необходимости.

Ведомый вал.

Материал вала – сталь 45 нормализованная; σ_в – 570 МПа.

Пределы выносливости

σ_-1 ≈ 0,43 σ_в = 0,43 * 570 = 245,1 МПа

τ_-1 ≈ 0,58σ_-1 = 0,58 * 245,1 = 142,2 МПа.

Сечение А – А. Это сечение вала под зубчатым колесом. Вал в этом сечении 44 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости

 Н * мм

Изгибающий момент в вертикальной плоскости

 Н * мм

суммарный изгибающий момент в сечении А — А

 Н * мм

Момент сопротивления кручению при d = 44 мм; b = 14 мм; t₁ = 5,5 мм

 мм³

Момент сопротивления изгибу

 мм³

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

МПа

Принимаем k_σ = 1,5; ε_σ ≈ 0,84; k_τ = 2,3; ε_τ ≈ 0,72 и ψ_τ ≈ 0,15.

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

 МПа; Среднее напряжение σ_m = 0.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

Результирующий коэффициент запаса прочности

Во всех сечениях s > [s].

 

11. Выбор сорта масла

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колеса примерно на 10 мм. Объем масляной ванны V определяем из расчета 0,25 дм³ масла на 1 кВт передаваемой мощности: V = 0,25 * 1,49 = 0,37 дм³.

При контактных напряжениях σ_Н = 392 МПа и скорости υ = 6 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 28 * 10^-6 м²/с. Принимаем масло индустриальное И – 30А по ГОСТ 20799 – 75.

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом УТ – 1 и периодически пополняем его через пресс-масленки.

12. Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов:

на ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100°С;

в ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом.

Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную, канавку закладывают шпонку, устанавливают звездочку и закрепляют ее торцовым креплением; винт торцового крепления стопорят специальной планкой.

Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

Список литературы

 

1.  Курсовое проектирование деталей машин / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – 2-е изд.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

2.  Раветов Д.Н. Детали машин. М.: машиностроение, 1989. 496 с.

3.  Иванов И.Н. Детали машин. К.: Высшая школа, 1984. 336 с.

4.  Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.В. Расчеты на прочность деталей машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1993. 639 с.

5.  Детали машин: Атлас конструкций в двух частях / Под ред. Решетова Д.Н. М.; Машиностроение, 1992. Ч. I. 352 о.

6.  Дунаев П.В., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 1985. 416 с.