7. Подбор и расчет шпоночных соединений

Вал II:

1) Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок — по ГОСТ 23360—78.

Материал шпонок — сталь 45 нормализованная.

Допускаем напряжение смятия [ ]=100 - 120 МПа.

Напряжение смятия и условие прочности по формуле:

Проверяем шпонку под шкивом: d = 30 мм; b h=8 7 мм; t =4 мм; длина шпонки l= 40 мм.

Условие смятия выполнено.

Вал III:

1) Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок — по ГОСТ 23360—78.

Материал шпонок — сталь 45 нормализованная.

Допускаем напряжение смятия [ ]=120 МПа.

Напряжение смятия и условие прочности по формуле:

Проверяем шпонку под зубчатым колесом: d = 45 мм; b h=14 9 мм; t =5,5 мм; длина шпонки l= 40 мм.

Условие смятия выполнено.

Вал IV:

1) Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок — по ГОСТ 23360—78.

Материал шпонок — сталь 45 нормализованная.

Допускаем напряжение смятия [ ]=120МПа.

Напряжение смятия и условие прочности по формуле:

Проверяем шпонку под зубчатым колесом: d = 65 мм; b h=18 11 мм; t =7 мм; длина шпонки l= 50 мм.

Условие смятия выполнено.

8. Расчет валов на выносливость

Для первого вала (быстроходного):

Найдем момент сопротивления проверочного сечения при изгибе (W) и кручении (W_k):

W= мм³ ;

W_k= мм³ ;

Найдем предел выносливости стали при изгибе и кручении

=780 МПа ‑ предел прочности стали.

Принимаем Сталь 45.

Существуют эмпирические зависимости для вычисления предела выносливости по известному пределу прочности :

для углеродистых сталей при изгибе

МПа;

Предел выносливости при кручении связан с пределом выносливости при изгибе:

МПа;

Рассчитаем нормальное напряжение для симметричного цикла

Определим касательное напряжение для нулевого цикла

_а=_m=_max/2=T/(2W_k)=

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений

Определим масштабный фактор (при диаметре)

Определим коэффициент запаса прочности по нормальному напряжению

Определим коэффициент запаса прочности по касательному напряжению:

Запишем общий коэффициент запаса прочности:

,

где:

Условие выполнено.

Вал III

Рассчитываем самое нагруженное сечение вала под зубчатым колесом с М_сумм.=408 Н·м и Т=281,512Н·м, а также D=50 мм.

Причем, [S] принимаем равным из диапазона (1,5… 2,5).

- коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.

– коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

σ_а и τ_а – амплитуды циклов;

σ_m и τ_m – средние напряжения циклов;

σ_-1D и τ_-1D – пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении при изгибе и кручении соответственно;

и - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения;

По таблице 10.2 [6] принимаем σ_-1=410 МПа и τ_-1= 230 МПа;

и – коэффициенты снижения пределов выносливости;

К_σ и К_τ - эффективные коэффициенты концентрации напряжений, по таблице 10.10 [6] принимаем соответственно 2 и 1,65;

K_dσ и K_dτ – коэффициенты, учитывающие форму и размеры деталей, по таблице 10.7 [6] принимаем соответственно 0,88 и 0,77;

K_Fσ и K_Fτ – коэффициенты, учитывающие качество поверхности – шероховатость и наличие коррозионных повреждений, по таблице 10.8 [6] принимаем соответственно 0,86 и 0,92;

– коэффициент влияния поверхностного упрочнения, по таблице 10.9 [6] принимаем 2,6;

ψ_σ и ψ_τ – коэффициенты чувствительности материала к ассиметрии цикла, по таблице 10.2 [6] принимаем ψ_τ=0,1.

- коэффициент влияния ассиметрии вала.

Условие прочности выполняется.

Вал IV

Рассчитываем самое нагруженное сечение вала под зубчатым колесом с М_сумм.=408 Н·м и Т=281,512Н·м, а также D=50 мм.

Причем, [S] принимаем равным из диапазона (1,5… 2,5).

- коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.

– коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

σ_а и τ_а – амплитуды циклов;

σ_m и τ_m – средние напряжения циклов;

σ_-1D и τ_-1D – пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении при изгибе и кручении соответственно;

и - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения;

По таблице 10.2 [6] принимаем σ_-1=410 МПа и τ_-1= 230 МПа;

и – коэффициенты снижения пределов выносливости;

К_σ и К_τ - эффективные коэффициенты концентрации напряжений, по таблице 10.10 [6] принимаем соответственно 2 и 1,65;

K_dσ и K_dτ – коэффициенты, учитывающие форму и размеры деталей, по таблице 10.7 [6] принимаем соответственно 0,88 и 0,77;

K_Fσ и K_Fτ – коэффициенты, учитывающие качество поверхности – шероховатость и наличие коррозионных повреждений, по таблице 10.8 [6] принимаем соответственно 0,86 и 0,92;

– коэффициент влияния поверхностного упрочнения, по таблице 10.9 [6] принимаем 2,6;

ψ_σ и ψ_τ – коэффициенты чувствительности материала к ассиметрии цикла, по таблице 10.2 [6] принимаем ψ_τ=0,1.

- коэффициент влияния ассиметрии вала.

Условие прочности выполняется.