Для прочностного расчета вала, необходимо построить эпюры изгибающих моментов Мкр, Мх и Му.
Эпюру крутящих моментов Мкр строим на основе внешнего крутящего момента T = 80,3 Нм.
Построение эпюр изгибающих моментов Мх и Му. Рассматриваем изгиб вала в горизонтальной плоскости. Составляем расчетную схему (рисунок 3.4). На вал действуют две внешние силы и , реакции опор и , а также центробежная сила инерции Pи, Определяем реакции опор из уравнений равновесия.
Отсюда выражаем реакцию опоры :
Отсюда выражаем реакцию опоры :
Выполняем проверку вычислений:
Как видно из проверки, реакции определены верно.
Строим эпюру изгибающих моментов Мх (в горизонтальной плоскости). Используя метод сечений, составляем уравнения для изгибающего момента на каждом из участков:
Участок z1:
Участок z2:
Участок z3:
По полученным данным, строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости My (рисунок 3.4).
Рассматриваем изгиб вала в вертикальной плоскости. Составляем расчетную схему (рисунок 3.4). На вал действуют две внешние силы и , а также реакции опор и , а также центробежная сила инерции Pи. Определяем реакции опор из уравнений равновесия.
Выражаем реакцию опоры :
Отсюда выражаем реакцию опоры :
Выполняем проверку вычислений:
Строим эпюру изгибающих моментов Мy (в вертикальной плоскости). Используя метод сечений, составляем уравнения для изгибающего момента на каждом из участков:
Участок z1:
Участок z2:
Участок z3:
По полученным данным, строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости My (рисунок 3.4).
Построение эпюры суммарных изгибающих моментов Ми. Величины суммарных изгибающих моментов для вала определяются как геометрическая сумма изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях по формуле:
Суммарный изгибающий момент на опоре A:
Суммарный изгибающий момент на опоре B:
Суммарный изгибающий момент в точке приложения центробежной силы инерции :
По полученным значениям строим эпюру суммарных изгибающих моментов Mи (рисунок 3.4).
Опасным сечением вала будет сечение в точке приложения Pи, так как здесь действует максимальный суммарный изгибающий момент.
Нм и крутящий момент Мкр = 80,3 Нм.
Определим эквивалентный момент Мэкв и диаметра вала. Рассчитаем в опасном сечении эквивалентный момент по четвертой теории прочности:
Запишем условие прочности вала:
Где – осевой момент сопротивления сечения вала;
– допускаемое напряжение для материала вала;
В качестве материала для вала, была принята сталь марки 40ХН. Предел текучести для данной марки составляет . Тогда допускаемое напряжение составит:
Где n – коэффициент запаса прочности. Из конструктивных соображений и условий эксплуатации принимаем
Осевой момент сопротивления будет равен:
где d – диаметр вала, м;
Из формул (3.19) и (3.21) получим конечную формулу для определения диаметра вала:
Значение расчётного диаметра вала необходимо округлить до ближайшего стандартного значения.
Окончательно к установке принимаем вал диаметром .
Рисунок 3.4 – Эпюры крутящего и изгибающего момента
Достарыңызбен бөлісу: |