Розрахунок вала на опір втомі

 

Для розрахунку вала на опір втоми необхідно проаналізувати місця розташування небезпечних перерізів. Місцями небезпечних перерізів є посадкові поверхні під зубчастими колесами і шестернями, муфтами, шківами, зірочками (перерізи ослаблені шпонковим пазом) перерізи біля галтелей. Як видно з епюр згинаючих моментів, найнебезпечнішим концентратором напруг є посадкове місце під підшипник. Для цього концентратора напруг і будемо вести розрахунок, а розрахунки в інших небезпечних місцях розрахуємо і занесемо в таблицю.

Визначення амплітудних ,  і постійних складових ,  напруг згину і крутіння для нереверсивного валу.

 

 (1.45)

 

де  - відповідно згинаючий і крутний моменти в розглянутому перерізі вала, Нм (визначаємо з епюр).

Визначення осьових моментів перерізу для кола під підшипник:

 

 (1.46)

 

Для визначення запасу опору втоми вала необхідно визначити коефіцієнт запасу опору втоми, як по нормальним, так і по дотичним напруженням:

 

 (1.47)

де  - межі витривалості при згині і крутінні із симетричним циклом зміни напружень [3]. МПа, 215 Мпа;

 - коефіцієнти, що враховують вплив абсолютних розмірів вала [3]. ;

 - коефіцієнти концентрації напруг при згині і крутінні з урахуванням впливу шорсткості поверхні:

 

(1.48)

(1.49)

 

 - коефіцієнти впливу шорсткості поверхні [3]. ,

 - ефективні концентрації напруг [3].

,  - коефіцієнти, що характеризують чутливість матеріалу до асиметрії циклу напруг при  МПа. [3]

 - коефіцієнт зміцнення [3]

Запас опору втомі для валів із пластичних матеріалів:

 

(1.50)

 

Запас міцності оптимальний для співвісно - циліндричного трьохступінчатого редуктора – раніше прийняті значення діаметрів валів у небезпечних перерізах залишаються незмінними. Всі розраховані параметри наведено у таблиці 1.10.

 

 

Таблиця 1.10 - Розрахункові параметри для витривалості валу.

Параметр/ділянка	шпонка	підшипник	ущільнення	хвостовик
W нетто, мм^3	44027	41417	33674	23146
σE, МПа	41	65	61	67
Me, Нм	1806	2713	2073	1558
a	2	2,5	2	2
Розміри l, мм:	105	55	28	105
dв, мм	80	75	70	65
φ	0,08	0,16	0,12	0,13
b, мм (шпонка)	22			20
t1, мм (шпонка)	9			7,5
Wк нетто, мм^3	94292-	82835-	67348-	50107
Σа, МПа	20-	53,62457	40,59509	0
, МПа	9-	10-	13-	17-
	3	2,35	2,35	2,15
	2	1,45	1,45	2,1
	1	1	1	1,1
	1	1	1	1,1
	3	2,35	2,35	2,25
	2	1,45	1,45	2,2
	0,1	0,1	0,1	0,1
	0,05	0,05	0,05	0,05
β	2,8	2,8	2,8	2,8
	370	370	370	370
	215	215	215	215
	0,68	0,68	0,69	0,7
	0,68	0,68	0,69	0,7
	11,3116	5,590324	7,493203	-
	20,4794	24,39458	20,10715	10,21426
	9,901599	5,449074	7,021483	-

 

Виконавши усі необхідні розрахунки конструктивних елементів редуктора, розроблюємо 3D-модель вузла за допомогою сучасної CAD-cистем "КОМПАС 3D" фірми "АСКОН". Також створене складальне складальне креслення та специфікація до нього, яка наведена в додатку А.

 

1.10 Вибір муфт

 

Для з’єднання вала двигуна з вхідним валом редуктора призначаємо пружну втулочно пальцеву муфту, вона буде пом’якшувати удари та коливання виникаючі при пуску та роботі електродвигуна компенсувати зсув валів.

Вибираємо муфту по розрахунковому обертовому моменту Нм, діаметру кінців валів, що з’єднуються мм

Матеріал напівмуфт: сталь 35 ГОСТ 1050-88, пальців сталь 45 ГОСТ 1050-88, втулки – спеціальна гума. Розміри її і параметри приведено в таблиці 1.11.

 

Таблиця 1.11 - Параметри муфти пружної втулочно-пальцевої ГОСТ 21424-93

[T], Нм	Параметр, мм										Кількість пальців	Маса, кг
	d	D	D1	L	l	d1	dn	lвт	c	В1
125	40	125	90	125	60	60	14	28	5	42	4	5,60

 

Для встановлення на вихідному валу вибираємо зубчасту муфту. Вона є самоустановлювальною універсальною муфтою, має невеликі розміри і масу, володіє великою навантажувальною здатністю. Вона компенсуватиме зсуви валів, як осьове та радіальне так і кутове.

Для зниження втрат на тертя і збільшення довговічності і збільшення довговічності зубців муфта заповнюється олією. Розміри її і параметри приведено в таблиці 1.12.

 

Таблиця 1.12 - Параметри зубчастої муфти (ГОСТ 5006-94).

[Т]	Параметр, мм									Кількість зубців, z	Маса, кг
	d	D	D1	D2	A	L	l	m	b
4000	65	200	150	95	85	220	105	6,0	20	40	15,2