«Детали машин» (стр. 4 из 5)
К материалам машинных валов предъявляются требования достаточной прочности, жесткости, ударной вязкости при минимальной чувствительности к концентрации напряжения. Этим требованиям отвечают малоуглеродистые стали марок Ст. 5, Ст. 6 (ГОСТ 380-88), среднеуглеродистые стали - Сталь 35, Сталь 45 (ГОСТ 1050-88), легированные стали - 40Х, 40ХН, 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ, 30ХГТ (ГОСТ 4543-88).
Для изготовления вала назначаем материал Сталь 45 ГОСТ 1050-88:
- предел прочности по нормальным напряжениям =600 МПа;
- предел текучести по нормальным напряжениям =340 МПа;
- предел текучести по касательным напряжениям =220 МПа;
- предел выносливости по нормальным напряжениям
при симметричном цикле для образца =250 МПа;
- предел выносливости по касательным напряжениям
при симметричном цикле для образца =150 МПа.
2 Определяем силы, действующие на вал
К этим силам относятся силы, возникающие в деталях передач и от веса этих деталей, внешние силы на валу от действия шкивов, звездочек, муфт
Рисунок - Расчетная схема
2.1 Рассчитываем силы в зацеплении червячной передачи
- окружная сила Ft21= = = 2232 Н;
- радиальная сила Fr21= Ft21tg = 2232·0,364= 812,38 Н;
- осевая сила Fa21= = = 8924,03 Н;
где - профильный угол в осевом сечении червяка, =20°.
2.4 Рассчитываем силу, действующую со стороны упругой втулочно-пальцевой муфты
Fм = = 0,15·1210,33 = 181,55 Н,
где - окружное усилие на диаметре расположения пальцев муфты,
= 1210,33 Н.
3 Расчет опорных реакций и изгибающих моментов
Расчетная схема вала приведена на рисунке.
3.1 Вертикальная плоскость
составляем ур-е равновесия относительно опоры 1:
=+Fr21·344+Fa21·62,5-R2z·600=0
откуда
R2z=(+Fr21·344+Fa21·62,5)/600;
R2z=(+812,38·344+8924,03·62,5)/600=1395,35 Н;
составляем ур-е равновесия относительно опоры 2:
=-Fr21·256+Fa21·62,5-R1z·600=0
откуда
R1z=(-Fr21·256+Fa21·62,5)/600;
R1z=(-812,38·256+8924,03·62,5)/600=582,97 Н;
проверка: Z=-Fr21-R1z+R2z=-812,38-582,97+1395,35=0,
следовательно расчет выполнен правильно.
рассчитываем изгибающие моменты в сечениях:
=0 Н·м;
=0 Н·м;
=-R1z·0,344=-582,97·0,344=-200,54 Н·м;
'=+Fa21·0,0625-R1z·0,344=+8924,03·0,0625-582,97·0,344=357,21 Н·м;
=-Fr21·0,256+Fa21·0,0625-R1z·0,6=
=-812,38·0,256+8924,03·0,0625-582,97·0,6=0 Н·м;
3.2 Горизонтальная плоскость
составляем ур-е равновесия относительно опоры 1:
=-Ft21·344+R2x·600-Fм·155=0
откуда
R2x=(+Ft21·344+Fм·155)/600;
R2x=(+2232·344+181,55·155)/600=1326,58 Н;
составляем ур-е равновесия относительно опоры 2:
=+Ft21·256-R1x·600-Fм·755=0
откуда
R1x=(+Ft21·256-Fм·755)/600;
R1x=(+2232·256-181,55·755)/600=723,87 Н;
проверка: X=+Ft21-R1x-R2x-Fм=+2232-723,87-1326,58-181,55=0,
следовательно расчет выполнен правильно.
рассчитываем изгибающие моменты в сечениях:
=0 Н·м;
=-Fм·0,155=-181,55·0,155=-28,14 Н·м;
=-R1x·0,344-Fм·0,499=-723,87·0,344-181,55·0,499=-339,6 Н·м;
=+Ft21·0,256-R1x·0,6-Fм·0,755=+2232·0,256-723,87·0,6-181,55·0,755=0 Н·м;
4 Определяем опасные сечения
сечение (б-б)
………………
5.5 Расчет подшипников на долговечность
Расчетное условие:
где - долговечность, которую может выработать подшипник;
- долговечность, заданная в техническом задании.
Расчет подшипников входного вала
Тип подшипников, на которых установлен вал:
опора 1: 7313 - роликоподшипники радиально-упорные конические однорядные ГОСТ 333-79 C=134000 Н; C0=111000 Н;
опора 2: 313 - шарикоподшипники радиальные однорядные ГОСТ 8338-75 C=72700 Н; C0=56700 Н;
Рассчитываем нагрузки, действующие в опорах
= = = 929,43 Н;
= = = 1925,31 Н;
Опора 2 является более нагруженной, по ней и ведем дальнейший расчет.
Рассчитываем долговечность подшипника в млн.об.
= 1925,31·1·1,5·1=2887,96 Н;
где - суммарная нагрузка на подшипник;
=1, так как вращается внутреннее кольцо подшипника;
- коэффициент, учитывающий рабочую температуру нагрева подшипника, =1 (до 100°С);
- коэффициент безопасности, =1,5.
= =11964,4 млн.об
где - динамическая грузоподъемность подшипника;
- коэффициент, учитывающий вероятность отказов, для степени надежности S=0,9, =1;
=0,75 - для шарикоподшипников;
=3 - для шарикоподшипников;
Рассчитываем долговечность подшипника в часах с повышенной гарантией рабочего ресурса
= =67710,24 ч
где - частота вращения вала;
= 24395 ч
- подшипник годен.
………………..
5.6 Расчет соединений, передающих крутящий момент
Выполним расчет основных соединений, передающих крутящий момент между валом и посаженной на нем деталью
Соединения на входном валу
- расчет шпоночного соединения (в1 - м)
Исходные данные: T=145,24 Н·м; d=60 мм; Lст=150 мм.
Назначаем материал шпонки: Сталь 6, =330 МПа.
По ГОСТ 23360-78 устанавливаем размеры призматической шпонки: bh=1811; L=140 мм.
Рассчитываем смятие на рабочей грани шпонки
= =9,02 МПа,
где K=0,4h=0,4·11=4,4 мм;
Lр=L-b=140-18=122 мм;
Рассчитываем допускаемое напряжение смятия
= = 165 МПа,
где [S] - принятый коэффициент запаса прочности, [S]=2;
- предел текучести для материала шпонки, =330 МПа.
< = 165 МПа, следовательно, шпоночное соединение работоспособно.
…………….
6 ВЫБОР И РАСЧЕТ МУФТ
6.1 Выбор муфты входного вала
Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП)
Муфтами называют устройства, с помощью которых соединяют между собой валы или валы с находящимися на них деталями для передачи вращающего момента. В таких соединениях муфты, как правило, должны обеспечить не только передачу крутящего момента, но и иметь возможность компенсировать различного рода смещения геометрических осей соединяемых валов. Осевые и радиальные смещения валов, а также их угловой перекос возникают в результате упругих деформаций деталей под нагрузкой и в результате неточностей изготовления и сборки узлов. В реальных соединениях валов все эти виды смещений наблюдаются одновременно.
В данном случае применяется муфта упругая втулочно-пальцевая. Муфты упругие втулочно-пальцевые получили весьма широкое распространение в современном машиностроении.
Достоинства муфт: сравнительная простота конструкции и дешевизна изготовления, хорошая демпфирующая способность; обладают также электроизолирующей способностью.
Недостатки: из-за низкой прочности резины по сравнению с металлами эти муфты обычно применяются для передачи малых и средних крутящих моментов; обладают низкими компенсационными свойствами, допускаемые ими радиальные смещения валов зависят от их диаметра.
На работу муфты существенно влияют толчки, удары и колебания, обусловленные характером работы приводимой в движение машины. Поэтому выбор муфты производят не по номинальному моменту на валу машины, а по расчетному:
=Т=1,16·145,24=168,48 Н·м,
где Т - номинальный вращающий момент на валу машины,
- коэффициент режима работы, зависящий от = 1,16 (см.предыдущие расчеты).
Кроме того, при выборе муфты учитываются диаметры концов сопрягаемых валов.
Принимаем муфту ……………
Рисунок 1 - Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП)
Рисунок 2 - Пальцы со втулками муфты МУВП
Конструкция муфты (см. рис. 1): во фланце полумуфты 1 коническими хвостовиками укрепляются пальцы 2 (см. рис. 2), на которые надеваются упругие резиновые втулки 3. Упругие втулки входят в отверстия, расположенные во фланце полумуфты 4. Отверстия растачиваются коническими или цилиндрическими.
………………….
7 Конструирование и расчет элементов корпуса
7.1 Конструирование основных элементов корпуса
Толщина стенки основания корпуса
= = 9,6 мм ,
где - максимальный вращающий момент на тихоходном валу.
Принимаем =10 мм.
Толщина стенки крышки корпуса
= 0,9·10=9 мм.
Принимаем =9 мм.
Рисунок - Размеры верхнего пояса фланца основания корпуса и фланца крышки корпуса
……………..
7.2 Конструирование вспомогательных элементов корпуса
Размеры проушин
- толщина проушины
S = 2 = 2·10 = 20 мм.
………………
8 ВЫБОР СМАЗКИ
Для уменьшения потерь мощности на трение и снижения интенсивности изнашивания трущихся поверхностей, а также для предохранения их от заедания, задиров, коррозии и для лучшего отвода теплоты трущиеся поверхности деталей должны иметь надежное смазывание.
Смазка подшипников качения
Выбор смазки осуществляется в зависимости от окружной скорости подвижного кольца. При скоростях v<2 м/с рационально использовать консистентную смазки. При v<5 м/с можно использовать как консистентную, так и жидкую смазку.
Определим окружные скорости:
м/с; 
м/с; 
м/с; 
м/с;Для входного вала можно применить как консистентную, так и жидкую смазку подшипникового узла.
Для выходного и промежуточных валов исползуем консистентную смазку.
Учитывая условия работы (сухое отапливаемое помещение) принимаем в качестве смазки „Жировое масло I-13” [3, с.71, табл.9.2]
Для защиты подшипников от загрязнения, а также предотвращения вытекания смазки используют уплотнительные устройства.
Определяющим факотором при выборе уплотнения является линейная скорость вала под уплотнением.
Выберем манжетные резиновые уплатнения типа I ГОСТ 8752-79 [3, с.72, табл.9.3]
Рисунок 8.1 – Манжетное уплотенение резиновое, ГОСТ 8752-79
Параметрны уплотнений:
-на выходном валу
d=65мм; D=85мм; h=12мм;
- на выхдоном валу
d=110мм; D=135мм; h=12мм;
d=90мм; D=120мм; h=12мм;
Смазывание передач
Для смазывания передач применяем картерную систему. В корпус заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. Колеса при вращении увлекают масло, разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.