Стяжные винты рассчитывают на прочность по эквивалентным напряжениям на совместное действие растяжения и кручения.

Сила приходящаяся на один винт

F_в = 0, 5D_Y = 0, 5∙ 835 = 418 H

Принимаем коэффициент затяжки К_з = 1, 5 – постоянная нагрузка, коэффициент основной нагрузки х=0, 3 – для соединения чугунных деталей без прокладки.

Механические характеристики материала винтов: для стали 30 предел прочности σ _в = 500 МПа, предел текучести σ _т = 300 МПа; допускаемое напряжение:

[σ ] = 0, 25σ _т = 0, 25∙ 300 = 75 МПа.

Расчетная сила затяжки винтов

F_p = [K_з(1 – х) + х]F_в = [1, 5(1 – 0, 3) + 0, 3]418 = 564 H

Определяем площадь опасного сечения винта

А = π d_p²/4 = π (d₂ – 0, 94p)²/4 = π (12 – 0, 94∙ 1, 75)²/4 = 84 мм²

Эквивалентное напряжение

σ _экв = 1, 3F_p/A = 1, 3∙ 564/84= 8, 7 МПа < [σ ] = 75 МПа

11.3 Уточненный расчет валов

Быстроходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой А. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Материал вала сталь 45, улучшенная: s_В = 780 МПа [2c34]

Пределы выносливости:

- при изгибе s_-1 » 0, 43× s_В = 0, 43× 780 = 335 МПа;

- при кручении t_-1» 0, 58× s_-1 = 0, 58× 335 = 195 МПа.

Суммарный изгибающий момент

М_и = (5, 8² +10, 1²)^1/2 =11, 6 Н·м

Осевой момент сопротивления

W = π d³/32 = π 25³/32 = 1, 53·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·1, 53·10³ = 3, 06·10³ мм³

Амплитуда нормальных напряжений

σ _v = M_и/W =11, 6·10³/1, 53·10³ = 7, 6 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

t_v = t_m = T₂/2W_p =12, 1·10³/2·3, 06·10³ = 2, 0 МПа

Коэффициенты:

k_σ /e_σ = 3, 1; k_t/e_t = 0, 6 k_σ /e_σ + 0, 4 = 0, 6·3, 1 + 0, 4 = 2, 3

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ _-1/(k_σ σ _v/e_σ ) = 335/3, 1·7, 6 =14, 2

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_t = t_-1/(k_tt_v/e_t + y_t t_m) = 195/(2, 3·2, 0 + 0, 1·2, 0) = 40, 6

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σ s_t/(s_σ ² + s_t²)^{0, 5} =14, 2·40, 6/(14, 2² + 40, 6²)^{0, 5} =13, 4 > [s] = 2, 0

Тихоходный вал

Рассмотрим сечение, проходящее под опорой С. Концентрация напряжений обусловлена подшипником посаженным с гарантированным натягом.

Материал вала сталь 45, улучшенная: s_В = 930 МПа [2c34]

Пределы выносливости:

- при изгибе s_-1 » 0, 43× s_В = 0, 43× 930 = 400 МПа;

- при кручении t_-1» 0, 58× s_-1 = 0, 58× 400 = 232 МПа.

Суммарный изгибающий момент

М_и = 279, 5² Н·м.

Осевой момент сопротивления

W = π d³/32 = π 40³/32 = 6, 28·10³ мм³

Полярный момент сопротивления

W_p = 2W = 2·6, 28·10³ =12, 6 мм

Амплитуда нормальных напряжений

σ _v = M_и/W = 279, 5·10³/6, 28·10³ = 44, 5 МПа

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

t_v = t_m = T₂/2W_p =154, 3·10³/2·12, 6·10³ = 6, 1 МПа

Коэффициенты:

k_σ /e_σ = 4, 0; k_t/e_t = 0, 6 k_σ /e_σ + 0, 4 = 0, 6·4, 0 + 0, 4 = 2, 8

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

s_σ = σ _-1/(k_σ σ _v/e_σ ) = 400/4, 0·44, 5 = 2, 25

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

s_t = t_-1/(k_tt_v/e_t + y_t t_m) = 232/(2, 80·6, 1 + 0, 1·6, 1) =13, 1

Общий коэффициент запаса прочности

s = s_σ s_t/(s_σ ² + s_t²)^{0, 5} = 2, 25·13, 1/(2, 25² +13, 1²)^{0, 5} = 2, 22 > [s] = 2, 0

11.4 Тепловой расчет редуктора

Температура масла в корпусе редуктора:

= 95 °С,

где t_в = 18 °С – температура окружающего воздуха;

K_t = 17 Вт/м²× К – коэффициент теплопередачи;

А = 0, 24 м² – площадь поверхности охлаждения

t_м = 18 + 0, 386× 10³(1 – 0, 78)/17× 0, 24 = 39 °С.

Условие t_м < [t_м] выполняется.

12 Технический уровень редуктор