Расчет и проектирование механизма поворота руля (стр. 5 из 6)

< .

4.2 Проверка по критерию "теплостойкость"

Определение количества тепла, образующегося вследствие потерь мощности.

,

где h=0,918% – КПД редуктора;

– мощность на ведущем вале:

.

Таким образом,

.

двигатель передача редуктор шкив

4.3 Расчет валов

Основными условиями, которым должна отвечать конструкция вала являются достаточная прочность, обеспечивающая нормальную работу зацеплений и подшипников; технологичность конструкции и экономию материала. В качестве материала для валов используют углеродистые и легированные стали.

Расчет вала выполняется в четыре этапа:

· Ориентировочный расчет на кручение;

· Расчет на сложное сопротивление (кручение, изгиб);

· Расчет на выносливость.

За материал валов принимаем сталь 12ХН3А, с характеристикой:

- временное сопротивление разрыву;

- предел выносливости при симметричном цикле напряжений изгиба;

- предел выносливости при симметричном цикле напряжений кручения;

-коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений соответственно при изгибе и кручении.

Ориентировочный расчет валов на кручение

Определим потребный диаметр вала на ведущем шкиве учитывая прочностные характеристики.

где Т – крутящий момент на валу

[tкр] – допускаемое напряжения при кручении.

Так как расчётная величина является очень малой конструктивно для удобства и возможности шпоночного соединения выбираем вал с d=10 мм, при этом выигрывая большой запас прочности и такой же диаметр имеет вал электрического двигателя, а это упрощает задачу конструирования.

Определим потребный диаметр вала на ведомом шкиве учитывая прочностные характеристики.

Принимаем диаметр вала d=15 мм, это нам даст большой запас прочности и облегчит задачу проектирования.

Определим потребный диаметр тихоходного вала конического редуктора учитывая прочностные характеристики.

Принимаем диаметр вала d=20 мм, это нам даст большой запас прочности и облегчит задачу проектирования.

Расчетвалов на сложноесопротивление

Для расчета вала на сложное сопротивление необходимо составить его расчетную схему:

- разметить точки, в которых расположены условные опоры;

- определить величину и направление действующих на вал сил: окружной

, радиальной , осевой . А также точки их приложения.

Приведем расчет тихоходного вала (поз.13):

Рис.3 – Расчетная схема тихоходного вала на сложное сопротивление

Длины расчетных участков находятся после предварительного проектирования:

Реакции опор для входного вала:

Определим реакции опор:

.

.

.

Построим эпюры моментов для тихоходного вала:

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости:

.

.

Рис.5 – Эпюра изгибающего момента в горизонтальной плоскости для тихоходного вала

Максимальный изгибающий момент действует в сечении III –

.

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости

.

.

Максимальный изгибающий момент действует в сечении II –

.

Рис.6 – Эпюра изгибающего момента в вертикальной плоскости для тихоходного вала

Построим эпюру крутящего момента для быстроходного вала.

.

Рис.7 – Эпюра крутящего момента для тихоходного вала

Приведенный момент

Максимальный приведенный момент

;

.

Наиболее опасным является третье сечение.

Рис.8 – Эпюра приведенного момента для тихоходного вала

Расчет валов на выносливость[1]

Для примера будем рассчитывать тихоходный вал.

Определим коэффициент запаса прочности

быстроходного (рис.13) вала двухступенчатого цилиндрического редуктора.

Рис.9 – Расчетная схема тихоходного вала на выносливость

1.а) Проверяем запас прочности по пределу выносливости в сечении I-I. Концентрация напряжений в этом сечении обусловлена наличием шестерни. Находим эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении от шестерни. При

, ; масштабный коэффициент для вала ; коэффициент состояния поверхности при шероховатости . Эффективный коэффициент концентрации напряжений для данного сечения вала при изгибе и кручении в случае отсутствия технологического упрочнения:

б) Находим запас прочности для касательных напряжений.

Напряжение кручения

.

Амплитуда и среднее значение номинальных напряжений кручения

.

Запас прочности для касательных напряжений

.

2. Определяем эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении вала в сечении II-II, вызванные посадкой внутреннего кольца подшипника на вал. Для вала с

, .

Определяем запас прочности для касательных напряжений:

,

здесьнапряжениекручения:

,

амплитуда и среднеезначениеноминальных напряжений кручения

.

4.4 Расчет подшипников на долговечность

Основные критерии работоспособности подшипников качения – его динамическая и статическая грузоподъемности. Метод подбора по динамической грузоподъемности применяют в случаях, когда частота вращения кольца превышает

.