Эквивалентная нагрузка с учетом переменного режима работы

9.10.2. Эквивалентная нагрузка с учетом переменного режима работы.

Подшипники в опорах Д и С промежуточного вала одинаковы. Поэтому расчет ведется для наиболее нагруженного подшипника.
Для частореверсивного привода с одинаковым характером нагружения при вращении валов в обе стороны и с наиболее нагруженным подшипником опоры С (18877 Н и 22111 Н ) при 0,854

=

14364 Н где

9.4.3. Расчетная долговечность подшипников.

, часов

Р=3 – для шарикоподшипников;

n₃=47,6 мин^-1 частота вращения тихоходного вала редуктора;

с=43600 Н – для шарикоподшипника № 211

Для частореверсивного привода с наиболее нагруженными подшипником опоры С (Р_С=14364 Н)

9792 часов > t=3000 часов

9.11. Проверочный расчет промежуточного вала на прочность.

Эскизное проектирование редуктора, в передачах которого использованы хорошие материалы с высокими показателями, показало компактность разработанной конструкции с относительно большими диаметрами тихоходного вала. С целью получения рациональной конструкции всего редуктора произведено уменьшение предварительно выбранных в разделах 7.2.5. и 7.3.3. При этом улучшено качество материала с предварительно принятой в расчетах стали 45 на легированную сталь 40Х.

Новые выбранные диаметры тихоходного вала: на участке VII под подшипником d_VII=55 мм; на участке VI под колесом d_VI=60 мм ; на участке VIII выходной части вала под муфтой d_VIII=50 мм.

9.11.1. Материал вала и предельные напряжения.

Материал – 40Х. Термообработка – улучшение. По таблице П2 [6] твердость 223…262 НВ, а временное сопротивление σ_в=655 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба для легированной стали 40Х.

σ_-1=0,35·σ_в+100 = 0,34·655+100 = 329 МПа

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений.

τ_-1= 0,58·σ_-1 = 0,58·329 = 191 МПа

9.11.2. Сечение VI. В этим сечении вала (рисунок 9.6.) при частом реверсировании действует суммарной изгибающий момент =589,4 Нм и вращающий момент Т₃=575,4 Нм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза. Размеры сечения вала (рисунок 9.8.) приведены с использованием таблицы 9.8. [3].

а) Полярный момент сопротивления

мм³

б) Момент сопротивления изгибу

мм³

в) Амплитуды и максимальные касательные напряжения при частом реверсировании (симметричный цикл).

τ_а= τ_мах==МПа; τ_m=0

г) Амплитуда цикла нормальных напряжений изгиба

σ_а=32,28 МПа

д) Средние нормальные напряжения

σ_м=0, тек как F_a не действуют в сечении VI -VI.

е) Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.

=

где К_σ – эффективный коэффициент концентрации напряжений;

ε_σ – масштабный фактор для нормальных напряжений;

β – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности (при R_а= 0,4…3,2 мкм принимают β=0,97…0,9);

Ψ_σ – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений;

К_σ = 1,75 – для вала с одной шпоночной канавкой при σ_в до 700 МПа (по таблице 8.5. [3]);

ε_σ = 0,68 – для легированной стали при d=60 мм по таблице 8.8. [3];

β = 0,96 – при шероховатости поверхности R_а= 0,8…мкм;

Ψ_σ = 0,15 – для легированной стали странице 300 [5].

ж) Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

=

где К_τ, ε_τ, ψ_τ – Коэффициенты, учитывающий влияние на касательные напряжения аналогичных факторов, что и для нормальных напряжений.

К_τ = 1,6 – для вала с одной шпоночной канавкой при σ_в до 700 МПа (по таблице 8.5. [3]);

ε_τ = 0,68 – для легированной стали;

β = 0,96 – при шероховатости поверхности R_а= 0,8…мкм;

ψ_τ = 0,1 – для легированной стали странице 300 [5].

з) Результирующий коэффициент запаса прочности.

3,1 > [S] = 2

При невыполнении условия прочности для вал-шестерни увеличивают диаметры рассматриваемых сечений. При невыполнении условия прочности для вала из стали 45, которая задается в предварительных расчетах, назначают новую более качественную легированную сталь или увеличивают диаметры.

9.11.3. Сечение С (VII). В этим сечении действуют, независимости от направления вращения вала, суммарной изгибающий момент =525,4 Нм и вращающий момент Т₃=575,4 Нм. Концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом.

а) Полярный момент сопротивления  

мм³

б) Момент сопротивления изгибу

мм³

в) Амплитуды и максимальные касательные напряжения при частом реверсировании (симметричный цикл).

τ_а= τ_мах==МПа; τ_m=0

г) Амплитуда цикла нормальных напряжений изгиба

σ_а=32,17 МПа

д) Средние нормальные напряжения

σ_м=0, тек как F_a не действуют в сечении VII -VII.

е) Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.

=

где 3,5 – по таблице 8.5. [3] по d=55 мм и σ_в=655 МПа;

β = 0,97 – при шероховатости поверхности R_а= 0,8…мкм;

ж) Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

=

где 0,60,4 = 0,6·3,5+0,4 = 2,5

β = 0,97 – при шероховатости поверхности R_а= 0,8…мкм;

з) Результирующий коэффициент запаса прочности.

2,35 > [S] = 2

При невыполнении условия прочности для вал-шестерни увеличивают диаметры рассматриваемых сечений. При невыполнении условия прочности для вала из стали 45, которая задается в предварительных расчетах, назначают новую более качественную легированную сталь или увеличивают диаметры.

Литература

1.     Методические указания и задания к курсовому проекту на тему "Привод конвейера" Мещерин В.Н. Абрамов В.Н. МГСУ 1994 г.

2.     Методические указания к расчету зубчатых цилиндрических передач для студентов факультета механизации и автоматизации строительства Мещерин В.Н. Абрамов В.Н. МГСУ 1994 г.

3.     Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование детали машин. Машиностроение 1987 или 1979 год.

4.     Дунаев П.Ф. Леликов О.П. . Курсовое проектирование детали машин. Высшая школа 1990 год.

5.     Иванов В.Н. Детали машин. Высшая школа 1991 год.

6.     Абрамов В.Н. Мещерин В.Н. Проектирование привода машин. МГСУ 1998 г.