Геометрические характеристики опасных сечений вала. , мм3 – момент сопротивления сечения на изгиб;

Сечение I-I

, мм³ – момент сопротивления сечения на изгиб;

, мм³ – момент сопротивления сечения на кручение;

, мм² – площадь сечения.

Здесь – диаметр вала под зубчатое или червячное колесо (см. раздел 8.1).

Сечение II-II

, мм³; , мм³; , мм².

Здесь – диаметр вала под внутреннее кольцо подшипника (см. раздел 6.1.3 для заданий 2.1, 2.5 и 2.8 или раздел 6.2.3 для задания 2.3).

Расшифровку остальных параметров – см. сечение I–I.

Расчет вала на статическую прочность

Сечение I-I

Напряжения изгиба с растяжением (сжатием) и напряжения кручения , МПа:

; (9.34)

, (9.35)

где – коэффициент перегрузки (см. характеристику электродвигателя в разделе 1.1, глава 1, часть 1 или раздел 9.1.3: ).

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

; ,(9.36)

где =780МПа – предел текучести по нормальным напряжениям;

=450МПа – предел текучести по касательным напряжениям [см. 1, таблица 10.2 для стали 40Х и =980МПа].

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

. (9.37)

Сечение II-II

Напряжения изгиба с растяжением (сжатием) и напряжения кручения , МПа:

; (9.38)

. (9.39)

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

; ,(9.40)

где и – см. выше.

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

. (9.41)

Расчет вала на сопротивление усталости

Сечение I-I

Определяем амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла, МПа:

(9.42); ; . (9.43)

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении, МПа:

(9.44)

, (9.45)

где и – пределы выносливости гладких образцов при симметрич-ном цикле изгиба и кручения:

=410МПа, =240 МПа [см. 1, таблица10.2 для стали 40Х и =980МПа].

и – коэффициенты снижения пределов выносливости:

;(9.46)

, (9.47)

где и – эффективные коэффициенты концентрации напряжений:

=2,2 при выполнении шпоночного паза концевой фрезой [см. 1, таблица 10.11 для =900МПа];

=2,05 [там же];

и –коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения. Значения коэффициентов находим по таблице 10.7.[см.1, стр. 189 в графе «Кручение для всех сталей и изгиб для легированной стали»] в зависимости от диаметра .

Примечание. При несовпадении значения с табличными значениями диаметра вала применяем формулу интерполяции:

Расшифровку см. в разделе 9.1.4 при определении аналогичных коэффициентов.

и –коэффициенты влияния качества поверхности. По таблице 10.8[1] для шлифования чистового с шероховатостью =0,8…1,6 мкм и при 700 МПа: = 0,91 …0,86; = 0,95…0,92. Из предлагаемых диапазонов принимаем средние значения коэффициентов: = 0,885 и = 0,935.

= 1 – коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

По формулам (9.46) и (9.47) рассчитываем коэффициенты снижения пределов выносливости, а затем по формулам (9.44) и (9.45) вычисляем пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении и с точностью до второго знака.

Далее определяем коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

, , (9.48)

где – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла касательных напряжений, при этом =0,1 [см. 1, таблица 10.2 для стали 40Х и =980МПа].

Общий коэффициент запаса на сопротивление усталости вала в рассматрива-емом сечении:

. (9.49)

Сечение II-II

Амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла, МПа:

(9.50)

; . (9.51)

Пределы выносливости вала, МПа:

(9.52)

, (9.53)

где =410 МПа, =240 МПа (см. пояснения к формулам 9.44 и 9.45).

Коэффициенты снижения пределов выносливости:

; (9.54)

. (9.55)

Для оценки концентрации напряжений в местах установки на валу деталей с натягом используем отношения и [см. 1, таблица 10.13 для =900МПа] в зависимости от диаметра вала под подшипник (в случае, если значение диаметра оканчивается цифрой 5, то для определения нижеприведенных отношений применяем рекомендации к формулам 9.26 и 9.27):

=… ; =… .

Коэффициенты влияния качества поверхности:

=0,91…0,86 , =0,95…0,92. (Принимаем средние значения: 0,885 и 0,935).

Коэффициент влияния поверхностного упрочнения:

=1 – поверхность без упрочнения.

Примечание. При необходимости повышения пределов выносливости вала рекомендуется участки вала под подшипники повергнуть накатке роликами или дробеструйному наклепу и принимать =2,0.

По формулам (9.54) и (9.55) рассчитываем коэффициенты снижения пределов выносливости, а затем по формулам (9.52) и (9.53) вычисляем пределы выносливости и с точностью до второго знака.

Определяем коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

, ,(9.56)

где – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла касательных напряжений, при этом =0,1 (см. 1, таблица 10.2 для стали 40Х и =980МПа).

Общий коэффициент запасана сопротивление усталости вала в рассматрива-емом сечении:

. (9.57)

Вывод:при выполнении условий (9.36) и (9.41), (9.49) и (9.57) статическая прочность выходного вала и сопротивление усталости в обоих опасных сеченияхобеспечены: , .

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Список литературы

1. Дунаев,П.Ф.Конструирование узлов и деталей машин:учебное пособие для студ. вузов /П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. – 9-е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 496 с.

2. Иванов,М.Н. Детали машин: учебник для машиностроительных специальностей вузов/ М.Н.Иванов, В.А. Финогенов. – 12-е изд. – М.: высш. шк., 2008.– 408 с.

3. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3 т. – 8-е изд. перераб. и доп. Под редакцией И.Н.Жестковой. М.: Машиностроение, 1999 (подборка справочных данных).

4. Подшипники качения: справочник-каталог / под ред. В.Н.Нарышкина и Р.В. Коросташевского. – М.: Машиностроение, 1984.–280 с.

5. ЧернилевскийД. В. Детали машин. Проектирование приводов технологического оборудования: Учебное пособие для студентов вузов. 3-е изд., исправл.–М.: Машиностроение, 2003 – 560 с.

6. Редукторы цилиндрические: каталог.

7. Детали машин и основы конструирования / Под ред. М. Н. Ерохина. –

М.: КолосС, 2004. – 462 с.

8. Двигатели асинхронные

АИР71-АИР100 : 01.40.06-89;

АИР112, АИР132 : 01.40.112-88

АИР160, АИР180 : 01.40.113-95

АИР200,225,250: 01.40.92-95.

9. Муфты упругие втулочно-пальцевые

ГОСТ 21424-93.

10. Муфты кулачково-дисковые

ГОСТ 20720-93.

11. Леонтьев Б.С. Оформление курсовых проектов по дисциплине «Детали машин». Памятка №2. Второй тип заданий: методические указания / Б.С. Леонтьев. – Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) КГТУ, 2011. – 23 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение		3
Глава 6.	Конструктивные размеры элементов редуктора	5
6.1.	Конструктивные размеры элементов цилиндрическо-го зубчатого редуктора	5
6.1.1	Зубчатая передача	5
6.1.2	Конструкция входного вала (индекс 1 по схеме №1)	6
6.1.3	Конструкция выходного вала (индекс 2 по схеме №1)	11
6.2.	Конструктивные размеры элементов червячного редуктора	16
6.2.1	Червячная передача	16
6.2.2	Конструкция входного вала (индекс 1 по схеме № 3)	17
6.2.3	Конструкция выходного вала (индекс 2 по схеме №3)	23
6.3.	Крышки подшипниковых узлов	26
6.4	Конструктивные элементы корпуса редуктора	27
Глава 7.	Определение сил, нагружающих подшипники входного вала	32
7.1.	Условия работы входного вала	32
7.2.	Радиальные реакции опор от сил в зацеплении	33
7.2.1.	Расчетная схема для задания 2.1	33
7.2.2	Расчетная схема для задания 2.3	33
7.2.3	Расчетная схема для задания 2.5	34
7.2.4	Расчетная схема для задания 2.8	35
7.3	Радиальные реакции опор от действия силы на консольной законцовке вала	36
7.3.1	Плечо радиальной консольной силы F_к	36
7.3.2	Определение радиальной консольной силы F_к	41
7.3.3	Реакции опор от силы F_к	42
7.4	Реакции опор для расчета подшипников	42
7.5	Эквивалентные нагрузки на подшипники	43
7.6	Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка	43
7.7	Расчетный скорректированный ресурс	45
7.8	Проверка выполнения условия	46
Глава 8.	Определение сил, нагружающих подшипники выходного вала	47
8.1.	Условия работы выходного вала	47
8.2	Радиальные реакции опор от сил в зацеплении	47
8.2.1	Расчетная схема для задания 2.1	47
8.2.2	Расчетная схема для задания 2.3	48
8.2.3	Расчетная схема для задания 2.5	50
8.2.4	Расчетная схема для задания 2.8	50
8.3	Радиальные реакции опор от действия силы на консольной законцовке вала	51
8.3.1	Плечо радиальной консольной силы F_к	51
8.3.2	Определение радиальной консольной силы F_к	52
8.3.3	Реакции опор от силы F_к	53
8.4	Реакции опор для расчета подшипников	54
8.5	Эквивалентные нагрузки на подшипники	55
8.6	Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка	55
8.7	Расчетный скорректированный ресурс	55
8.8	Проверка выполнения условия	56
Глава 9.	Расчет валов на прочность	57
9.1.	Входной вал	57
9.1.1	Определение силовых факторов	59
9.1.2	Геометрические характеристики опасных сечений вала	60
9.1.3	Расчет вала на статическую прочность	60
9.1.4	Расчет вала на сопротивление усталости	61
9.2	Выходной вал	65
9.2.1	Определение силовых факторов	67
9.2.2	Геометрические характеристики опасных сечений вала	68
9.2.3	Расчет вала на статическую прочность	68
9.2.4	Расчет вала на сопротивление усталости	69
Приложение 1		73
Приложение 2		74
Приложение 3		75
Список литературы		77