5. Проверка вала на усталостную прочность

   1. Быстроходный вал

Проверка вала на усталостную прочность состоит в определении запасов прочности в сечениях проверяемого вала.

Выберем материал вала для средних нагрузок без термообработки сталь Ст 3 ГОСТ 380-94.

1. Наметим опасные сечения вала. Опасное сечение вала определяется наличием источника кон­центрации напряжений при суммарном изгибающем моменте M_сум [6].

Анализируя линию сечений вала можно сделать вывод, что потенциально слабыми сечениями вала являются сечения 1, 2, 3: первое - переход с диаметра 28мм на диаметр 35 мм – галтель (по предварительным расчетам примем диаметр вала 26 мм);

второе - на 2-й ступени под под­шипником опоры, смежной с консольной нагрузкой (по предварительным расчетам примем диаметр вала 32 мм);

третье - на ступенчатый переход галтелью между диаметром впадин шестерни и диаметром ступени с буртиком .

Выбранные сечения имеют параметры:

сечение 1 d_вал 1, М_и1 , Т₁;

сечение 1 d_вал1=26 мм. М_и1=84,6Н/м, Т₁=87,4 Н/мм;

сечение 2 d_{вал 2}, M_и2 , Т₂;

сечение 2 d_{вал 2}=35 мм. М_и2=91,8Н/м, Т₂=87,4 Н/мм;

сечение 3 d_{вал 3}, М_и3 , Т₃;

сечение 3 d_{вал 2}=40 мм. М_и3=79,98Н/м, Т₃=87,4 Н/мм;

2. Для каждого выбранного сечения вала, следуя из его конструкции, выбирается тип концентратора напряжений и по табл. 7.6.3 [5] для этого типа концентратора выбираются значения коэффициентов концентрации напряжений по изгибу (k_σ) и по кручению (k_Т):

сечение 1 - k_σ1, k_1;

сечение 1 - k_σ1=1,6, k_1=1,25;

сечение 2 - k_σ2, k_2;

сечение 2 - k_σ2=1,65, k_2=1,65;

сечение 3 - k_σ3, k_3;

сечение 3 - k_σ3=1,85, k_3=1,4.

3. Коэффициент запаса прочности вала по нормальным напряжениям [6]:

где σ_-1=170 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения, МПа (табл. 17.2.1)[5];

σ_а – амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПа,

;

где М_и - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм;

W - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм³ .

Для первого сечения [5]: , мм³;

мм³.

Для второго сечения [5]: , мм³;

мм³.

Для третьего сечения [6]: , мм³;

, мм³.

k_ – эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе (выбран выше);

- коэффициент влияния масштабного фактора (табл. 5.7) [6]:

; ; .

- коэффициент чувствительности к ассиметрии цикла напряжений (в нашем случае [6]).

МПа;

МПа;

МПа.

Имея все данные, рассчитаем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

;

;

.

4. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям [6]:

где  _–1=100 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле кручения, МПа(табл. 17.2.1)[5];

_а - амплитуда цикла напряжений кручения [6];

_т - постоянная составляющая напряжений кручения:

, МПа

где Т - крутящий момент на валу, Нм;

W_p - момент сопротивления кручению с учетом ослабления вала, мм³ :

Для первого сечения [5]: , мм³;

мм³.

Для второго сечения [5]: , мм³;

мм³.

Для третьего сечения [6]: , мм³;

, мм³.

k_ – эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении (выбран выше);

- коэффициент влияния масштабного фактора (табл. 5.7) [6]:

; ; .

Ψ_ - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений (в нашем случае [6]).

МПа;

МПа;

МПа.

Имея все данные, рассчитаем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

;

;

.

5.Определим общий запас сопротивления усталости (n_min = 1,5) [6]:

.

Допускаемый общий коэффициент запаса прочности [n]=3 [6].

;

;

.

Сравнив рассчитанный общий коэффициент трех выбранных сечений с допускаемым запасом прочности, можно сделать вывод, что вал пригоден для рассматриваемого одноступенчатого редуктора.