Дипломная (вкр): Разработка упаковочного шнекового полуавтомата для производства шлакообразующих смесей

сталь 40Х, улучшение + ТВЧ, твердость заготовки 45…50HRC,

, , .

Определяем геометрические параметры ступеней вала.

Данный расчет выполняется как проектный с целью определения предварительного диаметра валов, при этом учитывается только крутящий момент, значение которого находится по результатам энергокинематического расчета. Влияние изгиба вала компенсируется понижением допускаемых напряжений при кручении.

Необходимо определить параметры приводного вала барабана. На данном валу необходимо предусмотреть посадочные участки под установку подшипников качения, барабана и посадочный участок под звездочку цепной передачи.

Вал состоит из следующих посадочных участков: шейка (d1) - для установки звездочки; диаметр упорного буртика (d2); шейка под установку подшипника левой опоры качения (d3); диаметр упорного буртика (d4); посадочный диаметр под левую опору барабана (d5); вспомогательную ступень между опорами барабана (d6); правую опору барабана (d7); упорный бурт правой подшипникой опоры (d8); шейка под установку подшипника правой опоры качения (d9); Эскиз предварительной конструкции вала смотри рисунок 2.8

Расчет проводим по условию прочности на кручение, согласно следующей формуле:

 , мм (2.81)

где  - момент на валу, Т = 1117,6 Н´м,

  МПа - допускаемые напряжения при кручении.

мм

Выходной конец приводного вала назначаем цилиндрическим d1 х l1 = 60х90мм. Посадочный диаметр под подшипниками качения назначаем d3 =65мм.

Диаметр упорного буртика подшипников определяем по формуле:

d4 = d9 =d3 + 2×r, мм (2.82)

где r - радиус скругления на внутреннем кольце подшипника, [30. таблица К27]

d4 = 65+2×4=73 (принимаем 75мм)

Посадочные диаметры опор барабана - принимаем цилиндрическим с уступом между ними:

d5 = d7 =d4 + 2×t, мм (2.83)

где t - переход между ступенями для облегчения сборки.

d5 = d7 =75+2×1,0=77 (принимаем 80 мм)

Длины ступеней получаем конструктивно.

На валу устанавливаются две шпонки: одна под ведомую звездочку цепной передачи вторая под левой ступицей барабана. Размеры шпонок подбираем согласно посадочных диаметров вала.

Эскизная компоновка вала. Вычерчиваем элементы ступеней вала по размерам принятым ранее, для определения расстояния между опорами вала и точками приложения давления со стороны открытой цепной передачи и опоры барабана.

Для предотвращения задевания элементов барабана за внутренние стенки подшипниковых опор, контур образующей барабана проводим с зазором Х=35 мм.

Эскиз вала представлен на рисунке 2.8

Рисунок 2.8 Эскиз вала

Расчет вала на прочность в опасном сечении.

Определить коэффициент запаса прочности вала в опасном сечении и сравнить его с допускаемым.

Расчетная силовая схема представлена на рисунке 2.9

Силовой схемой определяем направление всех сил действующих на вал со стороны консольных сил открытой ременной и цепной передачи, реакций в подшипниках, а также вращающих моментов и угловых скоростей валов.

Рисунок 2.9 Расчетная схема вала

Исходные данные:

- передаваемый момент;

 - диаметр барабана;

 - диаметр проверяемого вала;

 - долговечность (время работы под нагрузкой);

Способ установки барабана на вал - шпоночный паз;

Номер используемого подшипника:

№ 213 (dхDхB)=(65х120х23); Сr=34кН, Сгр=56кН;

Способ установки подшипника - враспор;

Материал изготовления вала - ст. 40;

Расстояния между точками приложения сил: а=95мм; b=175мм; с=475мм;

Вид нагрузки - умеренные толчки и вибрация.

Определяем усилия со стороны открытых передач.

Валы испытывают два вида деформации - изгиб и кручение. Деформация кручения на валах возникает под действием вращающих моментов, приложенных со стороны открытых передач. Деформация изгиба валов вызывается силами в зацеплении открытой цепной передачи и консольными силами со стороны открытой ременной передачи.

Со стороны цепной передачи:

Н.

Со стороны ременной передачи:

, Н (2.84)

где  - натяжение ремня, Н;

 - угол обхвата ремнем ведущего шкива.

 , Н (2.85)

где А=4,5*103 мм2 - площадь поперечного сечения ремня;

 - предварительное натяжение [29.страница 80.таблица 5.1].

Определение опасного сечения.

Строим силовую схему нагружения вала.

Схема сил и эпюры моментов представлены на рисунке 2.10

Определяем реакции, в опорах используя правило моментов

Горизонтальная плоскость:

Проверка:  

=0 ( верно)

Строим эпюры изгибающих моментов характерных сечениях вала.

Горизонтальная плоскость:

Сечение 1-1 (слева на право)

Сечение 2-2 (слева на право)

Сечение 3-3 (справа на лево)

Определяем приведенный момент в опасном сечении по 3 теории прочности:

,  (2.86)

где  - суммарный изгибающий момент в опасном сечении вала, ;

- крутящий момент в опасном сечении вала, ;

  - коэффициент (при реверсивной нагрузке =1).

;

.

Устанавливаем опасные сечения.

а) Посадочный диаметр вала под подшипником опоры А.

б) Сечение под барабаном имеющее посадочный диаметр и ослабленное наличием шпоночного паза

Принимаем предел прочности материала вала по [30. таблица 1.2 и 1.3]. В зависимости от марки стали ст. 40 принимаем ; ;

Проверка опасных сечений.

Расчет выполняется как проверочный, с целью определения коэффициента запаса усталостной прочности в опасных сечениях вала.

Расчет выполняется в паре с ориентировочным. Цель расчета - определить коэффициенты прочности в опасном сечении вала и сравнить их с допустимым.

Признаком опасных сечений является:

-        пиковое значение нагрузок - моментов;

-        наличие источников концентраций напряжений (шпоночных пазов).

Исходные данные:

конструкция и размеры вала (с эскизной компоновки);

материал вала - сталь 40;

величина крутящего момента ;

величина и направление сил, действующих на вал (из расчетной схемы вала).

Расчет вала на выносливость и заключение о работоспособности вала.

а) Определяем нормальное напряжение в опасном сечении:

 (2.87)

где осевой момент сопротивления сечения вала, мм3.

Для шпоночного паза b*h=22*14мм 44962 мм3

б) Определяем касательное напряжение в опасном сечении:

 (2.88)

где полярный момент сопротивления сечения вала, мм3.

Для шпоночного паза b*h=22*14мм 89100 мм3

.

в) Определяем коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала:

  (2.89)

  (2.90)

где: эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

 коэффициент влияния абсолютного размера поперечного сечения;

отношение  и  для посадки с натягом, принимаем по [30. таблица 11.2 страница 272] .

=2,53; =2,26

где  коэффициент влияния шероховатости, принимаем по [30. таблица 11.4 страница 272]

  коэффициент влияния поверхностного упрочнения по [30. таблица 11.4 страница 272]

г) Определяем пределы выносливости в опасном сечении вала, Н/мм2:

  (2.91)

где: ;  - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, принимаем по [29. табл. 3.2. стр. 53], тогда:

 (2.92)

;

.

д) Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

 , (2.93)

. (2.94)

 ;

.

е) Определяем общий коэффициенты запаса прочности в опасном сечении:

 (2.95)

где:  

  29,4 > 1,5, следовательно, проверочный расчет вала на выносливость в опасном сечении вала в отношении прочности прошел.

Рисунок 2.10 Схема сил и эпюры моментов

2.4.9 Подбор подшипников и корпусов для них

Подбор и проверка подшипников. Цель работы:

. Определить эквивалентную динамическую нагрузку подшипников

. Проверить подшипники по динамической грузоподъемности.

. Определить расчетную долговечность подшипников.

- передаваемый момент;

 - долговечность (время работы под нагрузкой);

Номер используемого подшипника - радиальный шариковый однорядный №213 ГОСТ 8338-75 (65х120х23мм);

Способ установки подшипника - враспор;

Материал изготовления вала - Ст. 40;

Вид нагрузки - вибрация и толчки

Пригодность подшипников определяем сопоставлением расчетной динамической грузоподъёмности с базовой.

Определяем исходные данные для расчета [6. таблица 9.1 страница 142]:

Коэффициент вращения при вращении внутреннего кольца подшипника ;

Температурный коэффициент [30. таблица 9.5 страница 147]: ;

Коэффициент безопасности [30. таблица 9.4 страница 145]: ;

Статистическая грузоподъемность по справочным материалам для подшипника 213 составляет 34 кН;

Базовая динамическая грузоподъемность по справочным материалам для подшипника 213 составляет 56 кН;

Осевая сила в зацеплении ;