3.1 Описание конструкции
Приводной вал имеет 2 опоры. В качестве опор выбраны сферические двухрядные подшипники, чтобы скомпенсировать возможную неточность монтажа корпусов подшипников, а также прогибы вала в процессе эксплуатации, так как эти подшипники допускают значительный взаимный перекос осей внутренних колец.
Одна из опор приводного вала фиксирующая (наиболее нагруженная), другая – плавающая. Осевая фиксация внешнего кольца подшипника осуществляется за счет двух колец, внутреннего – за счет пружинного кольца.
Корпуса подшипников стандартные ШМ-85 ГОСТ 13218.1-80 , крышки МС85х40 ГОСТ 13219.7-81. В полости корпусов закладывается смазка Литол 24 ГОСТ 21150-87 [5, c. 324].
Звездочки кованые, приварены к ступицам. Передача момента от ступицы к приводному валу осуществляется с помощью призматической шпонки. Осевая фиксация звездочек осуществляется с помощью установочных винтов. Осевая фиксация мотор-редуктора на приводном валу осуществляется за счет концевой шайбы.
3.2 Подбор подшипников качения на заданный ресурс
Определим реакции в опорах. Расчетная схема приводного вала согласно [6, c.4] представлена на рис. 8.
Разность натяжений между ведущими и ведомыми ветвями определяет полезную окружную силу на двух тяговых звездочках: 
Отношение натяжений ветвей на двух тяговых звездочках 
Радиальная нагрузка на валу от тяговой цепи на двух звездочках 
Нагрузка вала от силы реактивной тяги редуктора 
Найдем силу  .
Найдем реакции в опорах.
 
Рис. 8
Таким образом, наиболее нагруженная опора А, Fr=6365H.
Проверим предварительно выбранный подшипник 1209 на ресурс.
Вычисляем эквивалентные нагрузки: 
Cr=22.0КН, C0r=10КН, е=0.21.
Осевая нагрузка отсутствует, поэтому X=1, Y=2.97 [1, c. 461].
Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка для подшипников при КБ=1.4 [1, табл. 7.6] и КТ=1 (tраб<100°C):
Вычисляем расчетный скорректированный ресурс при a1=1 (вероятность безотказной работы 90%), а23=0.35 (обычные условия применения [1, c. 117]) и к=3 (шариковый подшипник)
Расчетный ресурс больше требуемого 8000ч.
Проверка выполнения условия  . Для этого выполним следующие расчеты при наибольших значениях заданных сил для более нагруженной опоры А.
Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка для подшипника опоры A:
Условие выполнено:  .
3.3 Расчет вала на статическую прочность и сопротивление усталости 3.3.1 Определение внутренних силовых факторов
При составлении расчетной схемы учитываем, что условная шарнирная опора для радиального подшипника расположена на середине ширины подшипника (см. 3.3). Коэффициент перегрузки при расчете на статическую прочность  . Вал изготовлен из стали 45 со следующими характеристиками: временное сопротивление , предел текучести , предел текучести при кручении , предел выносливости при изгибе  , предел выносливости при кручении  , коэффициент выносливости к асимметрии цикла  . Вал изготовлен без поверхностного упрочнения [1, c. 191].
Из рассмотрения эпюр внутренних силовых факторов (рис. 8) и конструкции узлов следует, что опасными являются сечения:
I-I – концевой участок вала, сечение нагружено крутящим моментом, концентратор напряжений – шпоночный паз;
II-II – место установки левого по рисунку подшипника на вал. Сечение нагружено крутящим и изгибающим моментом, концентратор напряжений – посадка с натягом внутреннего кольца подшипника на вал;
III-III – место установки правой по рисунку звездочки на вал. Сечение нагружено крутящим и изгибающим моментом, концентратор напряжений – шпоночный паз.
Определим силовые факторы для опасных сечений.
Сечение I-I
Крутящий момент 
Сечение II-II
Изгибающий момент 
Крутящий момент 
Сечение III-III
Изгибающий момент 
Крутящий момент 
3.3.2 Вычисление геометрических характеристик опасных сечений вала
Сечение I-I
Сечение II-II
Сечение III-III
3.3.3 Расчет вала на статическую прочность
Вычислим нормальные и касательные напряжения, а также значение общего коэффициента запаса прочности по пределу текучести в каждом из опасных сечений вала.
Сечение I-I
Напряжение от кручения 
Коэффициент запаса прочности по пределу текучести
Сечение II-II
Напряжение от изгиба 
Напряжение от кручения 
Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям
 ,  .
Коэффициент запаса прочности по пределу текучести
Сечение III-III
Напряжение от изгиба 
Напряжение от кручения 
Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям
 ,  .
Коэффициент запаса прочности по пределу текучести
Статическая прочность вала обеспечена: во всех опасных сечениях 
3.3.4 Расчет вала на сопротивление усталости
Вычислим значения общего коэффициента запаса прочности в каждом из опасных сечений вала.
Сечение I-I
Определим амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла
Для передачи вращающего момента на консольном участке вала предусмотрена шпонка. Шпоночный паз является концентратором напряжений. По табл. 10.7 и 10.12 [1] соответственно коэффициент влияния абсолютных размеров  , эффективный коэффициент концентрации напряжений  . Параметр шероховатости поверхности Ra=0.8 мкм,  [1, табл. 10.8]. Поверхность вала без упрочнения,  [1, табл. 10.9].
Коэффициент снижения предела выносливости
Предел выносливости вала в рассматриваемом сечении
Коэффициент влияния асимметрии цикла
Коэффициент запаса прочности в рассматриваемом сечении равен в данном случае коэффициенту запаса по касательному напряжению
Сечение II-II
Внутреннее кольцо подшипника установлено на валу с натягом, поэтому концентратор напряжений в соединении – посадка с натягом. По [1, табл. 10.13]  ,  . Ra=0.8 мкм,  [1, табл. 10.8]. Поверхность вала без упрочнения, [1, табл. 10.9].
Коэффициенты снижения предела выносливости
Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении
Коэффициент влияния асимметрии цикла
Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям
Сечение III-III
Для передачи вращающего момента предусмотрена шпонка. Шпоночный паз является концентратором напряжений. По табл. 10.7 и 10.12 [1] соответственно коэффициент влияния абсолютных размеров ,  , эффективный коэффициент концентрации напряжений  . Параметр шероховатости поверхности Ra=0.8 мкм,  [1, табл. 10.8]. Поверхность вала без упрочнения, [1, табл. 10.9].
Коэффициенты снижения предела выносливости
Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении
Коэффициент влияния асимметрии цикла
Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям
Сопротивление усталости вала обеспечено: во всех опасных сечениях
3.4 Расчет соединений 3.4.1. Шпоночное соединение звездочка - приводной вал
Расчет осуществляется по критерию прочности. Передача вращающего момента между ступицей звездочки и приводным валом осуществляется с помощью призматической шпонки. Диаметр приводного вала 55 мм, выбираем шпонку по ГОСТ 23360-78 16х10. Необходимая рабочая длина шпонки, мм [2, c.61]
Минимально возможная длина  . Принимаю длину шпонки  .
3.4.2 Расчет сварного соединения звездочки со ступицей
Сварное соединение тавровое, шов угловой двусторонний. Принимаю катет сварного шва к=5, сварка ручная дуговая электродом обычного качества. Выполним проверочный расчет по условным касательным напряжениям.
Момент сопротивления опасного сечения
d – диаметр сопряжения ступицы и звездочки, s – ширина опасного сечения. Коэффициент 2 означает, что шов двусторонний.
Касательные напряжения в опасном сечении
Допускаемое напряжение сварного шва  [2, c. 13]. Коэффициент 0.6 соответствует электроду обычного качества. Допускаемое напряжение на растяжение для основного металла  для стали 45 [2, c. 13]. Тогда  . Возникающие в сварном шве напряжения не превышают допустимые, следовательно, прочность шва достаточна.
Список литературы
1. Конструирование узлов и деталей машин: учебн. пособие для студ. высш. учебн. заведений/ П.Ф. Дунаев, О.П.Леликов. – 11-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 496 с.
2. Методические указания к выполнению домашнего задания по разделу "Соединения" курса "Основы конструирования деталей и узлов машин". Л.П. Варламова, В.П. Тибанов. Изд-во МГТУ им. Баумана
3. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-ч т. Т.1. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1982. -736 с., ил.
4. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-ч т. Т.3. – 9-е изд., перераб. и доп./ под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2006. – 928с.
5. Атлас конструкций узлов и деталей машин: Учеб. пособие/ Б.А. Байков, А.В. Клыпин, И.К. Ганулич и др.; Под ред. О.А. Ряховского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 384 с.: ил.
6. Расчеты приводных валов, методические указания, МГТУ им. Н.Э.Баумана 2011.
Приложения
Достарыңызбен бөлісу: | 
