[σсм] 70 МПа
[σсм] – допускаемое напряжение смятия при чугунной ступице.
1. Тихоходный вал
а) зубчатое колесо (ступица-сталь)
d = 110 мм; b = 28 мм; h = 16 мм; S = 0,4÷0,6; t1 = 10 мм; t2 = 6,4 мм;
l = 70 мм.
σсм max = 2 ∙ 4672,24 ∙ 103/110 ∙ 70(16-10) = 202 МПа
σсм ≤ 100
Принимаем шпонку 28х16х70 ГОСТ 23360-78
б) муфта (ступица – чугун)
d = 95 мм; b = 28 мм; h = 16 мм; S = 0,4÷0,6; t1 = 10 мм; t2 = 6,4 мм;
l = 125 мм.
σсм max = 2 ∙ 4672,24 ∙ 103/125 ∙ 95(16-10) = 131 МПа
σсм ≤ 70
Принимаем шпонку 28х16х125 ГОСТ 23360-78
2. Быстроходный вал
а) шкив (ступица-чугун)
d = 56 мм; b = 16 мм; h = 10 мм; S = 0,25÷0,4; t1 = 6 мм; t2 = 4,3 мм;
l = 80 мм.
σсмmax = 2 ∙ 752,7 ∙ 103/56 ∙ 80(10-6) = 84 МПа
σсм ≤ 70
Принимаем шпонку 16х10х80 ГОСТ 23360-78
10. Смазка редуктора и элементов передачи
10.1. Выбор масла для редуктора
Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающее погружение колеса примерно на 10 мм.
Определим объем масляной ванны:
V = 0.25 ∙ P; дм3
V = 0.25 ∙ 15 = 3,75 дм3
Т.к. σн = МПа и V = м/с, то рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно = 50 ∙ 10-6 м2/с
Т.к. кинематическая вязкость = 50 ∙ 10-6 м2/с, то принимаем масло индустриальное И-50А по ГОСТу 20799-75.
10.2. Выбор смазки для подшипников
Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом УТ-1 по ГОСТу 1957-73, периодически пополняем его шприцем через пресс-масленки.
11. Уточненный расчет тихоходного вала
11.1 Построение эпюр крутящего и изгибающего моментов
Сечение I – I
Изгибающие моменты:
1. в плоскости XOZ
M1X = RX2 ∙ l1 ∙ 10-3 = 8916,5 ∙ 69 ∙ 10-3 = 615 Нм
2. в плоскости XOZ слева от сечения
M1УЛ = RУ1 ∙ l1 ∙ 10-3 = 2691,7 ∙ 69 ∙ 10-3 = 185 Нм
3. в плоскости XOZ справа от сечения
M1УП = RУ2 ∙ l1 ∙ 10-3 = 9314,7 ∙ 69 ∙ 10-3 = 642 Нм
Суммарный изгибающий момент
М1 = √M1X2 + M1УП2 = √6152 + 6422 = 889
Крутящий момент
МК1 = Т3 = 4672,24 Нм
Сечение II – II
Крутящий момент
МК2 = Т3 = МК1 = 4672,24 Нм
Сечение III – III
Крутящий момент
МК3 = Т3 = МК1 = МК2 = 4672,24 Нм
11.2 Определение коэффициента запаса с усталостной прочностью
Определим геометрические характеристики опасных сечений вала
Сечение I – I
Определим момент сопротивления при изгибе
W1 = πd3/32 = 3.14 ∙ 1103/32 =130604 мм3
Определим момент сопротивления при кручении
WК1 = πd3/16 = 3.14 ∙ 1103/16 = 261209 мм3
Определим площадь сечения
А1 = πd2/4 = 3.14 ∙ 1102/4 = 9499 мм2
Сечение II – II
Определим момент сопротивления при изгибе
W2 = πd3/32 = 3,14 ∙ 953/32 =84130 мм3
Определим момент сопротивления при кручении
WК2 = πd3/16 = 3,14 ∙ 953/16 = 168260 мм3
Определим площадь сечения
А2 = πd2/4 = 3,14 ∙ 952/4 = 7085 мм2
1. Расчет вала на статическую прочность
Сечение I – I
Определим напряжение изгиба с растяжением (сжатием)
σ1 = 103 ∙ КП ∙ М1/ W1 + КП ∙ FA/A1
КП = 2,9
КП – коэффициент, зависящий от отношения максимального вращающего момента к номинальному
σ1 = 103 ∙ 0,9 ∙ 889/ 130604 + 0,9∙ 3749/9499 = 20,8 МПа
Определим напряжение кручения
τ1 = 103 ∙ КП ∙ МК1/ WК1 = 103 ∙ 2,9 ∙ 4672,24/ 261209 = 51,8 МПа
Определим частный коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
STσ1 = σT/ σ1
σT – предел текучести
σT = 540 МПа
STσ1 = σT/ σ1 = 540/20,8 = 26
Определим частный коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
STτ1 = τT/ τ1
τT – предел текучести при кручении
τT = 290 МПа
STτ1 = τT/ τ1 = 290/51,8 = 5,6
Определим общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести
Sτ1 = STσ1 ∙ STτ1/√ STσ12 + STτ12
Sτ1 = 26 ∙ 5,6/√ 262 + 5,62 = 5,5
Сечение II – II
σ2 = 103 ∙ КП ∙ М2/ W2 + КП ∙ FA/A2
М2 = 0
σ2 = 0 + 2,9∙ 3749/7085 = 1,5 МПа
τ2 = 103 ∙ КП ∙ МК2/ WК2 = 103 ∙ 2,9 ∙ 4672,24/ 168260 = 80,5 МПа
STσ2 = σT/ σ2
STσ2 = σT/ σ2 = 540/1,5 = 360
STτ2 = τT/ τ2 = 290/80,5 = 3,6
Sτ2 = STς2 ∙ STτ2/√ STς22 + STτ22
Sτ2 = 3,6 ∙ 360/√ 3602 + 3,62 = 3,59
Sτ1 > [ST] 5,5 > 2
Sτ2 > [ST] 3,59 >2
Т.о. статическая прочность вала обеспечена
2. Расчет вала на сопротивление усталости
Сечение I – I
Определим амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла
σА1 = σU1 = 103 ∙ М1/ W1
σА1 = σU1 = 103 ∙ 889/ 130604 = 6,8 МПа
τ1А = τК1/2 = 103 ∙ МК1/2 ∙ WК1 = 103 ∙ 4672,24/2 ∙ 261209 = 8,9 МПа
τm1 = τ1А = 8,9 МПа
Определим коэффициенты снижения предела выносливости
КσD = (Кσ / Кdσ + 1/ КFσ – 1) / Кv
К τD = (К τ/ Кd τ + 1/ КF τ - 1) / Кv
Кσ / Кdσ = 4,75
К τ/ Кd τ = 5,65
КFσ = 0,91 – коэффициент влияния качества поверхности
КF τ = 0,95 - коэффициент влияния качества поверхности
Кv = 1
Кv – коэффициент влияния поверхностного упрочнения
КσD = (4,75+ 1/ 0,91 – 1) / 1 = 4,85
К τD = (5,65 + 1/ 0,95 - 1) / 1 = 5,7
Определим пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении
σ-1D = σ-1/ КσD
σ-1 = 360 МПа
σ-1 – предел выносливости при симметричном цикле изгиба
σ-1D = 360/ 4,85 =74,2 МПа
τ -1D = τ -1 / К τD
τ -1 = 200 МПа
τ -1 – предел выносливости при симметричном цикле кручения
τ -1D = 200 / 5,7 = 35,1МПа
Определим коэффициент влияния ассиметрии цикла
ΨτD = Ψτ/ К τD
Ψτ = 0,09
Ψτ – коэффициент чувствительности материала к ассиметрии цикла напряжений
ΨτD = 0,09/ 5,7 = 0,016
Определим коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Sσ = σ-1D/ σА1 = 74,2/6,8 = 10,9
Определим коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
S τ = τ -1D / τ1А +ΨτD∙ τm1 = 35,1 / 8,9 +0,016∙ 8,9 = 3,9
Определим коэффициент запаса прочности в рассматриваемом сечении
S = Sσ∙ S τ / √Sσ2+ S τ2 = 10,9 ∙ 3,9 / √10,92+ 3,92 = 3,7
Сечение II – II
σа2 = σU2 = 103 ∙ М2/ W2
σа2 = σU2 = 0
τа2 = τК2/2 = 103 ∙ МК2/2 ∙ WК2 = 103 ∙ 4672,24/2 ∙ 168260 = 13,8 МПа
τm2 = τа2 = 13,8 МПа
Определим коэффициент снижения предела выносливости
К τD = (К τ/ Кd τ + 1/ КF τ - 1) / Кv
К τ/ Кd τ = 2,8
КF τ = 0,935 - коэффициент влияния качества поверхности
Кv = 1
Кv – коэффициент влияния поверхностного упрочнения
К τD = (2,8 + 1/ 0,935 - 1) / 1 = 2,87
Определим пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении
τ -1D = τ -1 / К τD
τ -1D = 200 / 2,87 = 69,7МПа
Определим коэффициент влияния ассиметрии цикла
ΨτD = Ψτ/ К τD
ΨτD = 0,09/ 2,87 = 0,031
Определим коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
S τ = τ -1D / τа2 +ΨτD∙ τm2 = 69,7 / 13,8 +0,031∙ 13,8 = 4,9
Тогда коэффициент запаса прочности в рассматриваемом сечении
S= Sτ = 4,9
S1 > [S] 3,7 > 1
S2 > [S] 4,9 > 2
Т.о. сопротивление усталости вала обеспечено.
Заключение
В результате работы над проектом был разработан привод ленточного транспортера для перемещения песка и щебня в карьере полностью отвечающий требованиям технического задания.
Список литературы.
1. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов «Конструирование узлов и деталей машин» 2003 г.