Расчет вала на усталостную выносливость.

Проверочный расчет на выносливость (сопротивление усталости) ведут по максимальной, длительно действующей нагрузке. Кратковременные пиковые нагрузки, число циклов нагружения от которых невелико (менее 10³), не влияют на сопротивление усталости вала и в расчете не учитываются.

Последовательность расчета:

1) Назначают опасные сечения

Предположительно опасными являются сечения, в которых имеются опасные концентраторы напряжений, находятся минимумы диаметров и в которых действуют наибольшие изгибающие и крутящие моменты.

2) Устанавливают цикл напряжений.

При расчете принимают, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а напряжения кручения - по отнулевому циклу. Выбор отнулевого цикла для напряжений кручения основан на том, вал передает постоянные по направлению вращающие моменты, но переменные по значению,

3) Определяются максимальные значения моментов в этих сечениях.

4) Определяют моменты сопротивления на изгиб и кручение в опасных сечениях

Для круглого сечения

Для сечения со шпоночным пазом

Рассчитывают амплитудные и средние значения нормальных и касательных напряжений в рассматриваемом сечении

5) Определяют коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.

В этих формулах: — 340 МПа - предел выносливости материала вала по нормальным напряжениям;

=170 МПа - предел выносливости материала вала по касательным напряжениям.

- амплитудные значения нормальных и касательных напряжений.

средние значения нормальных и касательных напряжений.

- эффективные значения коэффициентов концентрации напряжений, значения которых для разных видов концентраторов приведены в [2].

- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения.

- коэффициенты чувствительности к ассиметрии цикла для нормальных и касательных напряжений. Для используемого материала можно принять

Рис. 10.3 Концентратор напряжений - галтель.

7).Находят суммарный коэффициент запаса прочности и проверяют условие выносливости вала

Быстроходный вал

1) Исходя из эпюр изгибающих и крутящих моментов, опасными с точки зрения воздействия переменных нагрузок можно принять сечения:

Выход шпоночного паза и малый диаметр вала;

Галтель r=1.6 мм и крутящий момент при малом диаметре сечения;

2) Устанавливают цикл напряжений.

При расчете принимают, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а напряжения кручения - по отнулевому циклу. Выбор отнулевого цикла для напряжений кручения основан на том, ват передает постоянные по направлению вращающие моменты, но переменныепо значению.

Сечение

3) Максимальные значения момента.

4). Момент сопротивления кручение для сечения диаметром d₁= 34мм и шпоночным пазом . По (16.4)

5). Амплитудные и средние значения касательных напряжений в рассматриваемом сечении. По (16.5)

6). Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям (16.7), принимая значения: Кт = 1, 95 (по [2]), Кд = 0, 75 (по [2]),

Следовательно, выносливость вала в этом сечении обеспечена.

Сечение

В этом сечении концентратором напряжения является галтель с г=1.6 мм.

Максимальный крутящий момент

Диаметр вала d₁= 32 мм. Высота галтели : Отношение

Момент сопротивления сечения (16.3)

Амплитудное и среднее значения касательного напряжения (16.5)

Принимая. К, = 1.75 (по[2|); К, =0, 73 (по [2]), получим

Следовательно, выносливость вала в этом сечении обеспечена.

Тихоходный вал

Исходя из эпюр изгибающих и крутящих моментов, опасными с точки зрения воздействия переменных нагрузок можно принять сечения:

Выход шпоночного паза и действие максимальных моментов;

Галтель радиуса 1, 6 мм и крутящий момент при малом диаметре сечения;

Выход шпоночного паза и действие максимального момента при малом сечении вала.

Устанавливают цикл напряжений.

При расчете принимают, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а напряжения кручения по отнуленому циклу. Выбор отнулевого цикла для напряжений кручения основан на том, вал передает постоянные по направлению вращающие моменты, но переменные но значению.

Сечение

Максимальные значения моментов:

Изгибающие моменты

Моменты сопротивления на изгиб и кручение для сечения со шпоночным пазом (16.4) при

Амплитудные и средние значения нормальных и касательных напряжений в рассматриваемом сечении [2]

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям принимая значения: К_Ϭ = 2, Кт = 1, 95, К_d=0.70

Находим суммарный коэффициент запаса прочности, и проверяют условие выносливости вала (16.8)

Следовательно, выносливость вала в этом сечении обеспечена.

Сечение

В этом сечении концентратором напряжения является галтель с г=1.6 мм.

Максимальный крутящий момент.

Момент сопротивления сечения

Амплитудное и среднее значения касательного напряжения

Принимая Кт = 1, 75, К_d=0.74

Следовательно, выносливость вала в этом сечении обеспечена.

Сечение

Концентратором напряжения в этом сечении будет шпоночный паз.

Максимальный крутящий момент.

Момент сопротивления сечения

Амплитудное и среднее значения касательного напряжения

Принимая Кт = 1, 75, К_d=0.74

Следовательно, выносливость вала в этом сечении обеспечена.

11. Список литературы.

«Теория механизмов и машин» Артоболевский И.И.

«Детали машин и основы конструирования. Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора машинного агрегата. Часть II.» Бакасов А.И, Кузнецов И.В.

Оглавление

1. Задание на курсовое проектирование

2. Выбор электродвигателя

3. Расчет зубчатой передачи

4. Предварительная компоновка редуктора

5. Проектировочный расчет валов

6. Конструкции цилиндрических зубчатых колес

7. Шпоночные соединения с призматическими шпонками

8. Второй этап эскизной компоновки

9. Расчет подшипников качения на долговечность

10. Проверочные расчеты валов

11. Список литературы