Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Березниковский филиал

Кафедра технологии и механизации производств
Курсовая работа

по курсу:

Сопротивление материалов

«Конструирование, расчет на прочность и выносливость вала»


       Выполнил:

                   Студент группы           МАХП-08у          


                                                                                                                                                               ^{(Фамилия И.О.)}
       Проверил:

                   ст. преподаватель

                   кафедры ТМП               __________                                


                                                                                                     ^{(Фамилия И.О.)}


                                          

                                                       
Березники 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1.     Схема вала и схема расположения передачи   3

2. Определение нагрузок, действующих на вал  4

2.1 Определение крутящих моментов  4

2.2 Определение окружных усилий   4

2.3 Радиальные усилия: 4

3. Привод сил, действующих на вал, к оси вала с разложением главного вектора по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. 5

4. Расчетная схема и эпюры внутренних силовых факторов  7

5. Ориентировочный расчет вала   11

6. Конструирование вала   12

7. Рассчитать вал на усталостную прочность: 13

7.1. Расчет наиболее опасного сечения под силовым элементом    13

7.2. Расчет наиболее опасного опорного сечения. 15

7.2.1 Проверка на усталостную прочность по галтельному переходу: 15

7.2.2 Проверка на усталостную прочность с учетом натяга   16

7.3. Вывод: 19

8. Эскиз вала. 20

9. Проверка расчетов на ЭВМ в модуле
AMP

Shaft  21

1. 
Схема вала и схема расположения передачи

Исходные данные:
марка стали
–
45Х;
L
=0,6м; а=0,11м; в=0,12м; с=0,24м;
D
=0.7м;
D
₁
=0.35м;
D
₂
=0.25м;
b
₁
=80⁰;
b
₂
=30⁰;
N
=65кВт;
N
₁
=35кВт;
N
₂
=
N
-
N
₁
=65
–
35 =30кВт;
n
=550об/мин;
R
₂
=6.3.

I
Рассчитать и сконструировать стальной вал круглого поперечного сечения. Провести проверку на прочность при совместном действии изгиба и кручения, а также проверить на сопротивление усталости.

1   Мощность подводится к валу от электродвигателя посредством зубчатой передачи, а снимается на шестерне 1 и 2 через зубчатые передачи.

5. Ориентировочный расчет вала

Предварительные размеры вала устанавливаются путем расчета на прочность по максимальному значению действующих нагрузок, но с повышенным коэффициентом запаса прочности [
n
]=4.5 определим нормальные напряжения и касательные напряжения для стали 40Х






В сечениях вала, где расположены элементы передач и подшипниковые узлы, испытывающие действие изгиба и кручения, диаметры определяются по формуле:

   

 

 Принимаем
d
=48 мм, шпонка 14
´
9,
t
=5,5мм.

   Принимаем
d
=70 мм, шпонка 20
´
12,
t
=7,5мм.

   Принимаем
d
=80 мм, шпонка 22
´
14,
t
=9мм.

Опора - принимаем
d
=55мм, подшипник №211
d
=55мм,
D
=100мм, В=29мм.

Опора - принимаем
d
=55мм, подшипник №211
d
=45мм,
D
=100мм, В=29мм.

6. Конструирование вала

Ступень	Диаметр, мм	Длина, мм	Размеры шпонки, мм
			Ширина b	Высота h	Глубина Паза вала t	Длина l
1	48	57,6	14	9	5,5	45
2	52	31.4
3	55	21
4	65	27, 6
5	70	84	20	12	7,5	70
6	95	1 17.9
7	80	96	22	14	9	80
8	65	141,5
9	55	23

7. Рассчитать вал на усталостную прочность:

Исходные данные: марка стали
–
40Х, , , ,  ,  ,  ,
D
/
d
= 1,18,
r
/
d
= 0,02,
R_z
=1,6.

1
Условие прочности будет выполнено, если коэффициент запаса прочности будет не менее 1,3.

2
Наиболее опасные сечения в точке С. Сечение в точке С
–
силовой элемент, значит, будем проектировать шпоночный паз.

3
Рассмотрим сечение в точке Е место посадки зубчатого колеса.

7.1. Расчет наиболее опасного сечения под силовым элементом

Т.к.
d
= 80мм. Тогда,
b
´
h
=22
´
14,
W
_и
=44,7 см³,
W
_к
=95,0 см³

     



Расчет выполняется с учетом циклического характера действующих напряжений. Для кручения принимают наиболее опасный цикл отнулевой, т.е. касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу; нормальные - по симметричному.

-   для симметричного цикла:





               

-   для отнулевого цикла

   





Проверочный расчет прочности вала основан на определении общего коэффициента запаса прочности.







- коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла

  





, - эффективный коэффициент концентрации напряжений.

, - коэффициент влияния абсолютных размеров детали.



, - коэффициент влияния шероховатости поверхности.



 - зависит от способа упрочнения материала. Закалка с нагревом ТВЧ.










Условия прочности выполняются, т.к..

7.2. Расчет наиболее опасного опорного сечения.

Сечение А. Место посадки подшипника (проектируем галтельный переход).


В сечении А следует выполнить проверку на сопротивление усталостному разрушению по галтельному переходу и по натягу.








D
/
d
= 1,18

r
/
d
= 0,02,









Параметры для симметричного цикла:






Параметры для отнулевого цикла:

7.2.1 Проверка на усталостную прочность по галтельному переходу:

Коэффициент влияния шероховатости поверхности





- коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла

  

Коэффициент запаса по нормальным и касательным напряжениям при изгибе и кручении.





Общий коэффициент запаса прочности:



Условие прочности выполнено.

7.2.2 Проверка на усталостную прочность с учетом натяга

Определение значения коэффициентов

.














Определение значения коэффициентов

.













Коэффициент влияния шероховатости поверхности деталей при изгибе и кручении:



Комплексный коэффициент при изгибе и кручении





- коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла

  

Коэффициент запаса по нормальным и касательным напряжениям при изгибе и кручении.





Общий коэффициент запаса прочности:



Условие прочности выполнено.

7.3. Вывод:

Материал вала, а также его конструктивные размеры позволяют обеспечить выполнение условий прочности при циклическом нагружении.


 

8. Эскиз вала.

9. Проверка расчетов на ЭВМ в модуле AMP Shaft