Составление расчетной схемы вала
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЗАДАНИЕ
. Составление расчетной схемы вала
. Приведение сил, действующих на зубчатые колеса, к геометрической оси вала
. Построение эпюр внутренних силовых факторов
.1 Эпюра растяжение-сжатие
.2 Эпюра крутящих моментов (МК)
.3 Прямой изгиб в плоскости xy
.4 Прямой изгиб в плоскости xz
. Определение в сечениях (1-1) … (6-6) продольной силы, результирующих изгибающих моментов и учет основных факторов, влияющих на предел выносливости материала при переменном изгибе.
. Определение запаса усталостной прочности вала
. Проверка жесткости вала
. Расчет крутильных колебаний
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ЗАДАНИЕ
Дано:
. Ступенчатый вал с зубчатыми колесами І и ІІ передает постоянный момент.
. Максимальное значение окружного усилия, действующего в зацеплении шестерни 1, Ft1=6 кН.
. Поперечные размеры вала d, мм: d1=40, d2=50, d3=60, d4=50, d5=45.
. Длины участка вала l, мм: l1=40, l2=110, l3=180, l4=75, l5=68.
. Радиусы закруглений (галтелей): r1/d1=0,05, r2/d2=0,05, r4/d4=0,02, r5/d5=0,02.
. Диаметры зубчатых колес, мм: dw1=3,8d2=3,850=190, dw2=5,440=216.
. Направление усилий в зацеплении зубчатых колес ?1=45, ?2=60.
. Характеристики прочности материала: материал - углеродиста сталь, ?в=560 МПа, ?-1=260 МПа, ?т=200 МПа.
. Допускаемый угол закручивания [?]=2 на метр длины.
. Угловая скорость вала ?=15 рад/с.
. Эквивалентные моменты инерции для зубчатых колес: Jm1=60 кгм, Jm2=15 кгм.
. Поверхность вала - гладкая полировка.
Требуется:
определить запас усталостной прочности для наиболее опасного из указанных в заданных сечений;
провести проверку вала на жесткость;
рассмотреть крутильные колебания вала и учесть их влияние на коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.
Рис.1. Исходные данные для расчета
1. Составление расчетной схемы вала
Для косозубых колес в зубчатом зацеплении возникает три составляющих усилия:
окружное Ft1=6,0 кН,Ft2=Ft1=6=5,28 кН,
радиальное Fr1=0,4Ft1= 2,40 кН,Fr2=0,4Ft2=2,11 кН,
осевое Fx1=0,25Ft1= 1,5 кН,Fx2=0,25Ft2= 1,32 кН.
Рис.2. Расчетная схема вала
2. Приведение сил, действующих на зубчатые колеса, к геометрической оси вала
=Fx1=1,75 кН;
Y1=Ft1cos?1- Fr1sin?1= 60,707 - 2,40,707 = 2,55 кН;
Z1=Fr1cos?1+Ft1sin?1= 2,40,707 + 60,707 = 5,94 кН;
Mx1=Ft1=6=0,57 кНм;=Fx1cos?1=1,50,707=0,10 кНм;=Fx1sin?1=1,50,707=0,10 кНм;=Fx2=1,32 кН;=Ft2sin?2- Fr2cos?2 = 3,51 кН;= Ft2cos?2+ Fr2sin?2 = 4,47 кН;=Ft2=6=0,57 кНм;=Fx2sin?2 = 0,12 кНм;
Mz2=Fx2cos?2 = 0,07 кНм.
3. Построение эпюр внутренних силовых факторов
.1 Эпюра растяжение-сжатие
Зубчатые колеса посажены на вал с гарантированным натягом и закрепляются гайкой от осевого смещения под действием осевой силы Fx.
Растягивающие усилия на валу принимаем равными Fx'= 5Fx.
Нормальная сила на участках вала будет:
=F'x2=6,6 кН (рассматриваем равновесие левой отсеченной части вала);=F'x2+X2=6,6+1,32=7,92 кН;=F'x2+X2- F'x2=6,6+1,32-6,6=1,32 кН;=F'x1 =7,5 кН (рассматриваем равновесие правой отсеченной части вала);=F'x1+X1 = 7,5+1,5 =9,0 кН;=F'x1+X1- F'x1 = 7,5+1,5-7,5 =1,5 кН.
По полученным значением строим эпюру N.
Рис.3. Эпюра N (кН).
3.2 Эпюра крутящих моментов (МК)
Крутящий момент на валу постоянен и равен МК=MX1=MX2=0,57 кНм.
Рис.4. Эпюра МК (кНм).
3.3 Прямой изгиб в плоскости xy
Рис.5. Эпюра Qy, Mz.
Для построения эпюр Qy и Mz определяем сначала реакции опор Аy и By.
отсюда
кН,
Отсюда
Проверяем:
колесо зубчатый вал сила
Строим эпюры Qy и Mz.
3.4 Прямой изгиб в плоскости xz
Для построения эпюр Qz и My определяем сначала реакции опор Аy и By.
отсюда
Рис.6. Эпюра Qz, My.
Отсюда
Проверяем:
Строим эпюры Qy и Mz.
4. Определение в сечениях (1-1) … (6-6) продольной силы, результирующих изгибающих моментов и учет основных факторов, влияющих на предел выносливости материала при переменном изгибе
Крутящий момент на валу постоянный Мк=0,57 кНм.
Сечение 1-1.=7,92 кН;Mz=-0,07 кНм;My=0,097 кНм;
кНм.
В сечении действуют концентраторы в виде шпоночного паза и посадки с натягом зубчатого колеса на вал. Кроме этого необходимо учесть масштабный фактор. Материал вала - углеродистая сталь, поверхность вала - гладкая полировка.
Эффективные коэффициенты концентрации составляют:
для концентратора в виде шпоночного паза k?= 1,86 [1, рис.13], масштабный коэффициент ??=0,9 [1, рис.9], k?/??=2,07;
для концентратора в виде посадки с натягом k?/??=3,0 [1, табл.1].
Выбираем для дальнейших расчетов их двух отношений большее k?/??=3,0.
Сечение 2-2.=7,92 кН;Mz= -0,02 кНм;My=0,153 кНм;
кНм.
В сечении действует концентратор в виде галтели, k?= 1+?(k0?-1),
где k0?= 1,8 [1, рис.10], ?= 0,8 [1, рис.12]. Тогда k?= 1+0,8(1,8-1)=1,64.
Масштабный коэффициент ??=0,87 [1, рис.9],
эффективный коэффициент концентрации k?/??= 1,64/0,87 =1,88;
Сечение 3-3.=1,5 кН;Mz= 0,09 кНм;My=0,44 кНм;
кНм.
В сечении действует концентратор в виде галтели, k?= 1+?(k0?-1),
где k0?= 1,8 [1, рис.10], ?= 0,85 [1, рис.12]. Тогда k?= 1+0,85(1,8-1)=1,68.
Масштабный коэффициент ??=0,82 [1, рис.9],
эффективный коэффициент концентрации k?/??= 1,68/0,82 =2,05;
Сечение 4-4.=9,0 кН;Mz=-0,17 кНм;My=0,609 кНм;
кНм.
В сечении действует концентратор в виде галтели, k?= 1+?(k0?-1),
где k0?= 2,3 [1, рис.10], ?= 0,8 [1, рис.12]. Тогда k?= 1+0,8(2,3-1)=2,04.
М?/p>