Сила приходящаяся на один винт

F_в = 0,5D_Y = 0,5∙2926  =1463 H

Принимаем коэффициент затяжки К_з = 1,5 – постоянная нагрузка, коэффициент основной нагрузки х=0,3 – для соединения чугунных деталей без прокладки.

Механические характеристики материала винтов: для стали 30 предел прочности σ_в = 500 МПа, предел текучести σ_т = 300 МПа; допускаемое напряжение:

[σ] = 0,25σ_т = 0,25∙300 = 75 МПа.

Расчетная сила затяжки винтов

F_p = [K_з(1 – х) + х]F_в = [1,5(1 – 0,3) + 0,3]1463 = 1975 H

Определяем площадь опасного сечения винта

А = πd_p²/4 = π(d₂ – 0,94p)²/4 = π(10 – 0,94∙1,75)²/4 = 55 мм²

Эквивалентное напряжение

σ_экв = 1,3F_p/A = 1,3∙1975/55= 46,7 МПа < [σ] = 75 МПа

11.3 Уточненный расчет валов

    Быстроходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой А. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Материал вала сталь 45, улучшенная: s_В = 780 МПа [2c34]

Пределы выносливости:

- при изгибе s_-1 » 0,43×s_В = 0,43×780 = 335 МПа;

- при кручении t_-1 » 0,58×s_-1 = 0,58×335 = 195 МПа.

Суммарный изгибающий момент

М_и = М_х = 32,6 Н·м

Осевой момент сопротивления

W = πd³/32 = π40³/32 = 6,28·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·6,28·10³ = 12,6·10³ мм³

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W = 32,6·10³/6,28·10³ = 5,2 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

t_v = t_m = T₁/2W_p = 10,6·10³/12,6·10³ = 0,8 МПа

 Коэффициенты:

       k_σ/e_σ = 3,6; k_t/e_t = 0,6 k_σ/e_σ  + 0,4 = 0,6·3,6 + 0,4 = 2,6

 Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/e_σ)  = 335/3,6·5,2 =17,9

 Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_t = t_-1/(k_tt_v/e_t  + y_t t_m) = 195/(2,6·0,8 + 0,1·0,8) = 90,2

 Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_t/(s_σ² + s_t²)^0,5 =17,9·90,2/(17,9² + 90,2²)^0,5 =17,6 > [s] = 1,5

    Тихоходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой С. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

 Материал вала сталь 45, улучшенная: s_В = 930 МПа [2c34]

Пределы выносливости:

- при изгибе s_-1 » 0,43×s_В = 0,43×930 = 400 МПа;

- при кручении t_-1 » 0,58×s_-1 = 0,58×400 = 232 МПа.

Суммарный изгибающий момент

М_и = (540,6² + 196,8²)^0,5 = 575,3 Н·м.

Осевой момент сопротивления

W = πd³/32 = π55³/32 = 16,3·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·16,3·10³ =32,6 мм

Амплитуда нормальных напряжений

σ_v = M_и/W = 575,3·10³/16,3·10³ = 35,3 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

t_v = t_m = T₂/2W_p =304,1·10³/2·32,6·10³ = 4,7 МПа

 Коэффициенты:

       k_σ/e_σ = 4,5; k_t/e_t = 0,6 k_σ/e_σ + 0,4 = 0,6·4,5 + 0,4 = 3,1

 Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ_-1/(k_σσ_v/e_σ)  = 400/4,5·35,3 = 2,52

 Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_t = t_-1/(k_tt_v/e_t  + y_t t_m) = 232/(3,10·4,7 + 0,1·4,7) =15,4

 Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σs_t/(s_σ² + s_t²)^0,5 = 2,52·15,4/(2,52² +15,4²)^0,5 = 2,49> [s] = 1,5

11.4 Тепловой расчет редуктора

Температура масла в корпусе редуктора:

 = 95 °С,

 где t_в = 18 °С – температура окружающего воздуха;

  K_t = 17 Вт/м²×К – коэффициент теплопередачи;

   А = 0,36 м² – площадь поверхности охлаждения

t_м = 18 + 1,023×10³(1 – 0,71)/17×0,36 = 66 °С.

Условие t_м < [t_м] выполняется.

12 Технический уровень редуктора

Масса редуктора

m = φρd₁0,785d₂²∙10^-9 = 7,5∙7300∙50∙0,785∙200²∙10^-9 =86 кг

где φ = 7,5 – коэффициент заполнения редуктора

ρ = 7300 кг/м³ – плотность чугуна.

Критерий технического уровня редуктора

γ = m/T₂ =86/304 = 0,28

При γ > 0,2 технический уровень редуктора считается низким, а редуктор морально устаревшим.

Для улучшения γ предлагаю заменить ρ = 7300 кг/м³ – плотность чугуна

на ρ = 2700 кг/м³ – плотность алюминия, отсюда следует:

Масса редуктора

m = φρd₁0,785d₂²∙10^-9 = 7,5∙2700∙50∙0,785∙200²∙10^-9 =31 кг

Критерий технического уровня редуктора

γ = m/T₂ =31/304 = 0,10

При γ > 0,1 технический уровень редуктора считается высоким, а редуктор соответствует современным мировым образцам.
Литература

1. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. - М.: Высш. шк., 1991.–432 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1-3 – М.:Машиностроение, 1978.

3. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. – М.: Высш.шк., 2005.-408 с.