Курсовая работа: Расчет вала

ВАРИАНТ 5-30

Содержание
Введение................................................................................................................. 3
Основные теоретические положения.................................................................. 6
2. Расчет на прочность вала при изгибе с кручением..................................... 13
2.1. Определение вертикальных и горизонтальных составляющих реакций подшипников...................................................................................................... 13
2.2. Построение эпюры крутящих моментов и эпюры изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях.................................................... 17
2.3. Определение диаметра вала из условия прочности............................. 20
3. Расчет вала на сопротивление многоцикловой усталости......................... 22
3.1. Определить диаметры вала из условия статической прочности и спроектировать ступенчатый вал...................................................................... 22
3.2. Максимальные напряжения, амплитуды и среднее напряжение цикла..... 23
3.3. Определяем эффективные коэффициенты концентрации напряжений с помощью таблицы............................................................................................. 24
3.4. Коэффициенты влияния абсолютных размеров для вала, коэффициенты влияния качества поверхности, коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла 𝜓𝜏......................................................................................... 25
3.5. Вычисляем коэффициенты запаса прочности............................................. 26
Выводы................................................................................................................. 28
Список использованных источников............................................................... 30
Приложения......................................................................................................... 31

Содержание
Введение 3
Основные теоретические положения 6
2. Расчет на прочность вала при изгибе с кручением 13
2.1. Определение вертикальных и горизонтальных составляющих реакций подшипников 13
2.2. Построение эпюры крутящих моментов и эпюры изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях 17
2.3. Определение диаметра вала из условия прочности 20
3. Расчет вала на сопротивление многоцикловой усталости 22
3.1. Определить диаметры вала из условия статической прочности и спроектировать ступенчатый вал 22
3.2. Максимальные напряжения, амплитуды и среднее напряжение цикла 23
3.3. Определяем эффективные коэффициенты концентрации напряжений с помощью таблицы 24
3.4. Коэффициенты влияния абсолютных размеров для вала, коэффициенты влияния качества поверхности, коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла 𝜓𝜏 25
3.5. Вычисляем коэффициенты запаса прочности 26
Выводы 28
Список использованных источников 30
Приложения 31

Введение

Актуальность темы данной работы обусловлена тем, что валы являются одними из наиболее ответственных элементов современных машиностроительных систем, робототехнических комплексов и мехатронных модулей, постоянно работающих в условиях переменных нагрузок. Статистика промышленных отказов свидетельствует, что более 70 % поломок вращающихся деталей связано с усталостным разрушением, которое развивается при напряжениях, значительно ниже предела текучести материала, и часто происходит внезапно, без видимых пластических деформаций.
Целью работы является получение и углубление навыков применения общих методов сопротивления материалов для прочностных и жёсткостных расчётов конкретных конструктивных элементов.
Задачи:
I часть. Расчет на прочность вала при изгибе с кручением.
Для ведущего вала косозубой цилиндрической передачи редуктора с двумя зубчатыми колесами, передающего мощность Р, кВт, при угловой скорости ω, рад/с (числовые значения этих величин для своего варианта взять из табл. 1),
1) определить вертикальные и горизонтальные составляющие реакций подшипников;
2) построить эпюру крутящих моментов;
3) построить эпюры изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
4) определить диаметр вала из условия прочности, полагая Fr=0,374Ft и Fα=0,14Ft.
Стандартные размеры в переделах 20-125 мм следующие: 20; 21; 22; 24; 25; 26;
28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 46; 48;50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95;
100;
105; 110; 120; 125.
Допускаемый коэффициент запаса прочности [n] =1,8.

Для схем 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 (рис. 1) расчет диаметра вала производить по
гипотезе потенциальной энергии формоизменения, для схем 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14
— по гипотезе наибольших касательных напряжений. Все размеры в таблице 2 (схемы 1–14) даны в миллиметрах.
По гипотезе наибольших касательных напряжений (третья гипотеза)

М𝐼𝐼𝐼 = √М2 + 𝑇2
прив И кр


По гипотезе потенциальной энергии формоизменения (четвертая гипотеза)

М𝐼𝑉 = √М2 + 0,75𝑇2
прив И кр

II часть. Расчет вала на сопротивление многоцикловой усталости.
Изменить расчетную схему, считая, что вал ступенчатый. Все остальные параметры оставить без изменения. Марка углеродистой конструкционной стали, из которой должен быть изготовлен вал, и состояние его поверхности приведены в таблице 1. Радиус галтели ρ в переходных сечениях от большого диаметра D к малому диаметру d принять равным 0,5(D - d).
1. Определить диаметры вала из условия статической прочности в указанных сечениях и спроектировать ступенчатый вал, округлив диаметры ступеней до стандартного размера. Стандартные размеры в переделах 20-125 мм следующие: 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 46; 48;50; 52; 55; 60; 63; 65; 70;
75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125.
2. Определить фактический запас прочности вала при циклических нагрузках.
3. Рассчитать запас прочности по нормальным напряжениям с учетом усталости в опасных сечениях, считая концентраторами напряжений уступ с галтелью и шпоночный паз, необходимый для закрепления на валу шкивов с помощью шпонок. Цикл нормальных напряжений симметричный.
4. Проделать такой же расчет для определения запасов прочности по касательным напряжениям. Цикл касательных напряжений считать пульсирующим.
5. Рассчитать полный запас прочности с учетом усталости материала.

6. При получении коэффициента запаса усталостной прочности меньше допустимой величины [n]=1,8 предложить конкретные меры повышения усталости прочности: а) – конструктивные приемы, связанные с изменением формы опасных участков вала, б) – меры технологического упрочнения.