Проверочный расчет валов

3.2.3 Проверочный расчет валов

Плоскость YOZ (вертикальная).

Для определения реакции Rb воспользуемся уравнением (3.4)

- Fr1 ּ 28+Fa2 ּ 45+Fr2 ּ 39+Fa1 ּ 13+Rb ּ 82 = 0;

Подставляя радиальные усилия Fr1 = 0,22 кН, Fr2 = 0,068 кН, Fa1=0.09, Fa2=0.4 получим Rb = 0.007 кН.

Для определения реакции RА воспользуемся уравнением (3.5)

Fa1 ּ 13-Fr1 ּ 110-Fr2 ּ 43+ Fa2 ּ45 +RA ּ 82 = 0;

RA = 0,295 кН.

Строим эпюру изгибающих моментов Мх (z).

Сечение 1-1: Мх определяется по формуле (3.7).

-Fr2 ּ z+Fa ּ13

Точка А: z =0, Мх = 1,17.

Точка С: z =28 мм, Мх = 4,99 Нм.

Сечение 2-2: Мх =-Fr2 ּ z + Fa ּ13+R_a ּ( z -28), (3.18)

Точка В: z =0, Мх = -2.065.

Точка Д: z = 67мм, Мх = -2.065 Нм.

Сечение 3-3 Mx= Rby ּz

Точка А: z =0, Мх = 0.

Точка С: z =43 мм, Мх = 0.301 Нм.

Плоскость XOZ (горизонтальная).

Определяем реакции в опорах .

Реакцию Rb определяем по формуле (3.4)

- Fr1 ּ 28 – Ft2 ּ 39 -Rb ּ 82 = 0;

Подставляя окружные усилия Ft2 = 0,204 кН и Ft1 = 0.66 кН получим Rb = 0.128кН.

Реакцию RА определяем по формуле (3.5)

Ft1 ּ 110 + Ft2 ּ 43 - RАx ּ 82 = 0;

RАx = 0.992 кН.

Строим эпюру изгибающих моментов МY (z).

Сечение 1-1: МY определяется по формуле (3.7)

Точка А: z =0, МY = 0.

Точка С: z = 28мм, МY 18,48 Нм.

Сечение 2-2:

МY = Ft1 ּz-Ra ּ(z-36)

Точка B: z = 28, МY =18.48, z = 28, MY = 275.9

Сечение 3-3 MY = Rb ּz; z = 0, МY =0; z = 43, MY = 81.5

Опасным являются сечения в т.А (рис.3.2)

Проверяем сечение А.

Находим напряжение изгиба по формуле (3.12)

σ = = 23.9 МПа.,

Находим напряжение кручения по формуле (3.13)

τ = = 5.6 МПа.

Полученные напряжения подставляем в выражение (3.11)

σэ = 25.8 МПа.

Предел выносливости для Ст.45 σ-1 = 410 МПа [2].

Коэффициент запаса сопротивления усталости назначаем S=2

Напрессованные на вал детали создают концентрацию напряжений. Влияние на сопротивление усталости напрессовки деталей существенно зависит от размеров. Поэтому ее влияние и влияние размера учитывают общим коэффициентом

 (3.18)

где ζ’-коэффициент , учитывающий предел прочности материала вала;

ζ’’- коэффициент , учитывающий давление в посадке.

ζ’=0,305+0,0014ּσ_в (3.19)

ζ’’=0,65+0,014ּp (3.20)

ζ’’=1(при p>25МПа) наихудший вариант

ζ’=0,305+0,0014ּ900=1,565

 =2,9[1]

Проверяем условие (3.10)

25,8≤

25,8<45,6МПа

Условие выполняется, поэтому уточненный расчет производить нет необходимости.

3.3 Расчет промежуточного вала

 

3.3.1 Материалы и термообработка валов

Для изготовления промежуточного вала назначаем Ст. 45, улучшение. [σ_в]=900МПа, [σ_τ]=380МПа

3.3.2 Проектный расчет валов

Подставляя крутящий момент Тпр = 153,1 Нм в выражение (3.14) получим

dк ≥(6-7)  = 16,7-19,4 мм.

Назначаем dк = 18 мм. dбк ≥ 18+3 ּ 1 = 21 мм.

Назначаем dбк = 22 мм. dп = 18-3 ּ 1,5 = 13,5мм.

Назначаем dп = 17 мм. dбп ≥ 17+3 ּ1,5 = 20,5мм.

Назначаем dбп = 20 мм.

3.3.3 Проверочный расчет валов

Плоскость YOZ (вертикальная).

Для определения реакции Rb воспользуемся уравнением (3.4)

-Fa2 ּ de2/2+Ft2 ּ 40-Fr1 ּ 77-Rb ּ 127= 0;

Rb =.=

Подставляя радиальные усилия Fr1 = 0.49 кН, Ft2 = 0.66, Fa2=0.22кН получим Rb = -0,118кН.

Для определения реакции RА воспользуемся уравнением (3.5)

- Fa2 ּ de2/2- Fr2 ּ87-Fr1 ּ 50 +RA ּ 127 = 0;

RA = = 0,428кН.

Строим эпюру изгибающих моментов Мх (z).

Сечение 1-1: Мх определяется по формуле (3.7).

Точка А: z =0, Мх = 0.

Точка С: z =40 мм, Мх = 17,12 Нм.

Сечение 2-2: Мх =R_а ּ z –Fr2(z-40),

Точка В: z =0, Мх = 17,12.

Точка Д: z = 37мм, Мх = 3,356 Нм.

Сечение 3-3: Мх = -R_Б ּ z,

Точка В: z =0, Мх = 17,12.

Точка Д: z = 50мм, Мх = -5,9 Нм

Плоскость XOZ (горизонтальная).

Определяем реакции в опорах .

Реакцию Rb определяем по формуле (3.4)

Ft2 ּ 40 +Ft1 ּ 77 + Rb ּ 127 = 0;

Подставляя окружные усилия Ft2 = 0,66 кН и Ft1 = 1,35 кН получим Rb = -1,02 кН.

Реакцию RА определяем по формуле (3.5)

Ft1 ּ 50 + Ft2 ּ 87+ RА ּ 127 = 0; RА =0,99кН.

Строим эпюру изгибающих моментов МY (z).

Сечение 1-1: МY определяется по формуле (3.7)

Точка А: z =0, МY = 0.

Точка С: z = 40мм, МY = -39,6 Нм.

Сечение 2-2: МY = -R_а ּ40+Ft2(z-40)

Точка B: z = 40, МY =-39.6

Точка С: z = 37 мм, МY =-52,0Нм.

Сечение 3-3: МY = -R_b ּ z

Точка D: z = 40, МY =0

Точка С: z = 50 мм, МY =-52,0Нм

Опасным являются сечения С и Д (рис.3.2)

Проверяем сечение С.

Находим напряжение изгиба по формуле (3.12)

σ = = 53.92 МПа.,

Находим напряжение кручения по формуле (3.13)

τ = = 13,35 МПа.

Полученные напряжения подставляем в выражение (3.11)

σэ = = 78,39 МПа.

σэ = = 58,67 МПа.

Предел выносливости для стали 40Х σ-1 = 387 МПа [2].

Коэффициент запаса сопротивления усталости назначаем S=2

Напрессованные на вал детали создают концентрацию напряжений. Влияние на сопротивление усталости напрессовки деталей существенно зависит от размеров. Поэтому ее влияние и влияние размера учитывают общим коэффициентом ζ’’=1(при p>25МПа) наихудший вариант

Полученные напряжения подставляем в выражение (3.19)

ζ’=0,305+0,0014ּ900=1,565

 =3,13[1]

Полученные значения подставляем в выражение (3.18)

Проверяем условие (3.10)

58,08≤

58,08<61,82

Проверяем сечение Д.

Находим напряжение изгиба по формуле (3.12)

σ = 38,12 МПа.,

Находим напряжение кручения по формуле (3.13)

τ = = 5,43 МПа.

Полученные напряжения подставляем в выражение (3.11)

σэ = = 39,26 МПа

Предел выносливости для стали 40Х σ-1 = 387 МПа [2].

Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения ε= 0,72 [1].

Коэффициент запаса сопротивления усталости назначаем S = 2.

Коэффициент концентрации напряжения Кσ = 1,72 [1].

K_v=2, [1] для закалки ТВЧ

Проверяем условие (3.10)

39,26≤

39,26≤88,87МПа

Условие выполняется, поэтому уточненный расчет производить нет необходимости.

 

3.4 Расчет тихоходного вала

 

3.4.1 Материалы и термообработка валов

Для изготовления тихоходного вала назначаем Ст. 45, улучшение.

[σ_в]=580МПа, [σ_τ]=320МПа.

3.4.2 Проектный расчет валов

Диаметры различных участков вала определяют по формулам:

d ≥(5-6) (3.21)

dn ≥d+2ּt (3.22)

dбп ≥ dn +3ּr (3.23)

dк ≥ dбп (3.24)

где Tmux - крутящий момент на тихоходном вале, Нм;

d, dn, dбп, dк, – диаметры отдельных участков вала, мм.

Подставляя крутящий момент Tmux = 671 Нм в выражение (3.21) получим

d ≥ (5-6)  = 27.47-32.95 мм.

Согласуем полученный диапазон размеров с муфтой, выбранной по моменту на тихоходном валу

Назначаем d = 50 мм. dn ≥ 50+2ּ4= 58 мм.

Назначаем dn = 50 мм. dбп ≥ 50 +3ּ3 = 59 мм.

Назначаем dбп = 55 мм. Назначаем dк = 55 мм.