Проект привода механизма загрузки термических печей

из уравнений определяют

Rсy×lт = Fy×(lоп+lт/2+lт/2)–Fr2×lт/2–Fa2×d2/2

Rсy = [Fy×(lоп+lт/2+lт/2)–Fr2×lт/2–Fa2×d2/2] / lт

Rcy=[6626,87×(100+120/2+120/2)–133,53×120/2–867,50×320,00/2]/120=13239,15 Н

Rdy = [Fy×lоп+Fr2×lт/2+Fa2×d2/2] / lт;

Rdy = [6626,87×100+133,53×120/2+867,50×320,00/2] /120 = 6745,82 Н;

Проверка:

SFy = 0; Fy–Rсy–Fr2+Rdy=0;

0 =6626,87–13239,15–133,53+6745,82;

0 = 0,

условие выполняется.

Эпюра изгибающих моментов относительно оси Ох в характерных сечениях 1…4, Н×м:

Mx1 = 0 Н×м;

Мх2 = Fy×lоп = 6626,87× 0,1 = 662,69 Н×м;

Mx3 =  Fy×(lоп+lт/2)– Rcy×lт/2 = 6626,87(0,1+0,12)–13239,15×120/2 = 265,95 Н×м;

Mx4 = Fy×(lоп+lт/2+lт/2)– Rcy×lт–Fr2×lт/2+Fa2×d2/2 = 0 Н×м.

 

2) горизонтальная плоскость (плоскость Оxz)

Опорные реакции, Н:

SМ₄(F_N) = 0; –Fx×(lоп+lт)+Rсx×lт+Ft2×lт/2=0;

SМ₂(F_N) = 0; –Fx×lоп–Ft2×lт/2+ Rdx×lт=0;

из уравнений определяют

Rсx =[Fx×(lоп+lт)–Ft2×lт/2] / lт;

Rdx = [Fx×lоп+Ft2×lт/2] / lт;

Rcx = [0,00×(100+120)–366,88×120/2] / 120= -183,4 Н

Rdx = [0,00×100+366,88×120/2)] / 120 = 183,4 Н

Проверка:

SFx = 0; Fx–Rcx–Ft2+Rdx=0;

0,00–-183,4–366,88+183,4=0;

0 = 0;

условие выполняется.

Эпюра изгибающих моментов относительно оси Оy в характерных сечениях 1…4, Н×м:

My1 = 0 Н×м;

My2 = –Fx×lоп = 0,00 Н×м;

My3 = –Fx×(lоп+lт/2)+Rcx×lт/2 = -11,01 Н×м;

My4 = –Fx×(lоп+lт)+Rcx×lт+Ft2×lт/2 = 0 Н×м.

3) эпюра крутящих моментов, Н×м:

Mk = Mz = Ft2×d2/2000;

Mk = Mz =  366,88 × 320,00 / 2000 = 58,7 Н×м

 

4) Определение суммарных  радиальных реакций, Н:

Rc = ;

Rd = ;

Rc = 13240,4 Н;

Rd = 6748,3 Н.

 

5) определение суммарных изгибающих  моментов в наиболее нагруженных  сечениях, Н×м:

M = ;

M1 = 0 Н×м;

M2 = 662,7 Н×м;

M3 = 266,2 Н×м;

M4 = 0 Н×м.

 

По расчетам, полученным выше, строим график и эпюры нагружения на вал.

 

8.4.3 Расчет на сопротивление усталости

 

Расчет на сопротивление  усталости является основным расчетом на прочность и заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности S в опасных (наиболее напряженных и имеющих концентраторы напряжений) сечениях вала:

 

S = ;

(8.4)

 

S = 9,26.

 

Наиболее опасные сечения  валов расположены

– у быстроходного  вала в средних сечениях шестерни или подшипника опоры со стороны консольной нагрузки;

– у промежуточного вала в средних сечениях шестерни или  колеса,

– у тихоходного вала в средних сечениях колеса или  опоры со стороны консольной нагрузки.

 

Определение напряжений в опасных сечениях вала.

Амплитуда напряжений (МПа)

 

sa = su = ;	(8.5)
W » 0,1 × d3;	(8.6)

 

где  М - суммарный изгибающий момент в сечении, Н×м;

W – осевой момент сопротивления крутого сечения вала, мм³;

 

sa = su = 17,25 МПа;

M max = 118,88 Н×м;

W » 6892,1 мм³.

 

Амплитуда касательных напряжений, МПа:

 

ta = tk / 2 = ;	(8.7)
Wр » 0,2 × d3;	(8.8)

 

где  Т – крутящий момент, Нм;

Wp - полярный момент сопротивления круглого сечения вала, мм³.

 

ta = tk / 2 = 587 × 1000 / (2 × 13784,2) = 21,29 МПа.

 

Коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетных сечений валов:

 

Ks  = ;	(8.9)
Kt  = ;	(8.10)

 

где  Ks, Kt – эффективные коэффициенты концентрации напряжений, зависящие от размеров сечения вала и механических характеристик материала;

Kd - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

K_F - коэффициент влияния шероховатости;

Ку - коэффициент влияния  поверхностного упрочнения. Для валов  из стали 40Х со шпоночными пазами, выполненными пальцевой фразой, коэффициенты принимают значения: Кs = 2,3, Кt = 2,2; Kd = 0,83 (для диаметра вала 20 мм) и Kd = 0,7 (для диаметра вала 50 мм); K_F = 1 для шлифованной поверхности вала (Ra = 0,1 ...0,4 мкм) и K_F = 1,5 для точеной поверхности вала (Ra = 0,8...3,2 мкм), Ку = 1 для вала без поверхностного упрочнения, Ку =1,5 для вала с поверхностным упрочнением (с закалкой ТВЧ).

 

Ks  = 1,3;

Kt  = 1,04.

 

Пределы выносливости вала определяются по формулам, Н/мм²:

 

(s-1) = s-1 /(Ks);	(8.11)
(t-1) = t-1 / (Kt);	(8.12)

 

где  s_-1 и t_-1 - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, МПа.

Предел выносливости:

s_-1 определяется по таблице [10, стр. 53]

t_-1 = 0,58 × s_-1.

 

(s_-1) = 410 / 1,3 = 315,4 Н/мм²;

(t_-1) = 237,8 / 1,04 = 228,7 Н/мм².

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным  напряжениям определяются по формулам:

 

Ss = (s-1) / sа;	(8.13)
St- = (t-1) / ta;	(8.14)

 

Коэффициенты запаса прочности S в опасных сечениях всех валов определяются по формуле (8.4).  Допустимые значения коэффициента запаса усталостной прочности обычно находятся в пределах [S] = (1,3.. .2,1).

 

Ss = 315,4 / 17,25 = 18,29;

St_- = 228,7 / 21,29 = 10,74.

 

8.4.4 Расчет на статическую прочность

 

Расчет производится в целях предупреждение разрушения валов при кратковременных перегрузках (например, в период пуска). При этом определяются эквивалентные напряжения в опасных сечениях по формуле:

 

sэ = <= [s]max;

(8.15)

 

где  su, tk – определяются по формулам (8.5) и (8.7), а предельное допускаемое напряжение принимают

[s]max = 0,8 sт.

 

sэ = 75,75 <= [s]max = 600 Н/мм².

 

Условия расчета выполнены.