Конструктивный расчет

3.3.1 Расчет шлицевого соединения

Основными критериями работоспособности шлицевых соеди­нений являются сопротивления рабочих поверхностей смятию и изнашиванию. Эти соединения, аналогично шпоночным, выби­рают по таблицам стандартов в зависимости от диаметра вала, а затем проверяют расчетом.

Принимаем соединение со шлицами D-6х26х30х6.

Расчет на смятие. Условие прочности на смятие рабочих поверхностей зубьев

(3.27)

где Τ— передаваемый вращающий момент, Η∙мм

T=F∙L,

L – плечо рычага, L=56мм;

F – сила равная тяговому сопротивлению машины F=8470 H;

Т=8470∙56=474320 Н/мм.

S_F— удельный (на единицу длины) суммарный статический момент площади рабочих поверхностей, 2920 мм²

l_р— рабочая длина зубьев;

[σ]_см— допускаемое напряжение смятия, МПа.

Для неподвижных соединений с незакаленными поверхностями [σ]_см = 30...70 МПа, а с закаленными [σ]_см= 80...150 МПа

Для подвижных соединений с закаленными поверхностями [σ]_см= 5...15 МПа. Большие значения относятся к спокойной нагрузке.

МПа

Расчет на изнашивание. Условие ограничения изнашивания

(3.28)

[σ]_изн— допускаемое напряжение износа, МПа.

МПа

Значения [σ]_изн при неограниченном числе циклов нагружения принимают в зависимости от вида термообработки и твердости рабочих поверхностей соединяемых деталей (Мпа):

[σ]_изн =0,032 НВ —для улучшенных зубьев;

[σ]_изн =0,3HRC₃ — для закаленных зубьев.

Расчетное напряжение [σ]_см и [σ]_изн не превышает допускаемое, значит.

 

3.3.2 Расчет сварного соединения

Рассчитаем сварное соединение трубы и вала, вставляющегося в трубу балки кронштейна лемехов. Вал приваривается к трубе образуя стыковое соединение. Соединение выполнено стыковым швом по замкнутому контуру. [6].

Условие прочности сварного соединения:

(3.29)

(3.30)

где Wр – полярный момент сопротивления сварного шва.

Для трубы:

где

=d/D.

Тогда:

(3.31)

где Τ— передаваемый вращающий момент,

d-внешний диаметр трубы,

- допустимая прочность 650МПа

,

Условие прочности выполняется, а следовательно работоспособность сварного соединения будет обеспечена.

 

3.3.3 Расчет предохранительной муфты

Расчитываем муфту при следующих имеющихся данных:

Расчетный момент, при котором муфта будет выключаться Т=474,32 Н∙м и диаметр втулки d=40 мм.

Принимаем диаметр окружности, проходящей через середины кулочков:

D_c=2∙d, (3.32)

D_c=2∙40=80 мм.

Окружное усилие при передаче максимального момента, Н:

F_t= , (3.33)

F_t= H.

Усилие необходимое для выключения муфты при перегрузке, Н:

, (3.34)

где α =35º– угол наклона боковой поверхности кулачков [5];

ρ =2º - угол трения [5];

f = 0,05 – коэффициент трения [5].

Н.

Предварительно определим размеры элементов муфты.

Ширина кулачков (размер в радиальном направлении), мм:

в = (0,3…0,36)∙D, (3.35)

в = 0,36∙80 = 27,5 мм.

Высота кулачков, мм:

h = (0,2…0,3)∙ в, (3.35)

h = 0,22∙27,5 = 6,05 мм,

принимаем h = 6 мм.

Сила нормального давления на кулачки, Н:

, (3.36)

, Н.

Рассчитываем число кулачков:

, (3.37)

где ρ – приведенный радиус контактирующих передних кромок кулочков [5];

Е = 2,1∙10⁵ МПа – модуль упругости для стали [5];

[σ_k] = 1500 МПа –допускаемое контактное напряжение [5].

.

Принимаем Z=12.

Подсчитываем напряжения смятия при действии F_t, МПа:

, (3.38)

где r=2 мм, радиус кромок кулачков [5];

[σ_см] = 30 МПа – допустимое напряжение смятия.

МПа,

11,97 МПа≤30 МПа

 

3.3.4 Расчет тарельчатой пружины

Предварительно выбираем параметры пружины ссылаясь на расчеты с предыдущего раздела, Q = 7810 H.

 

Наружный диаметр, мм:

D = 2∙R_пр, (3.39)

где R_пр=45 мм – радиус сил трения [5].

D=2∙45=90 мм.

Внутренний диаметр равен диаметру втулки d=40 мм.

Находим силу при рабочей деформации, Н

(3.40)

где Е=2,06х10⁵ МПа- модуль упругости;

S₁=(0,2…0,4)S₃, мм – предварительная деформация пружины;

S₃=3,5 мм- максимальная деформация пружины [5];

t, мм- толщина пружины [5];

D₁,D₂, мм – наружный и внутренний диаметр соответственно [5];

μ=0,3 (для сталей)- коэффициент. Пуассона [5];

С₁, С₂, Y, A - расчетные коэффициенты [5]:

(3.41)

где

; (3.42)

.

Тогда

.

(3.43)

.

(3.44)

.

Из этого сила при рабочей деформации, Н:

Н.

Находим силу при максимальной деформации, Н:

(3.45)

Н.

Рисунок 3.1-График зависимости силы от деформации пружины.

Из графика видно, что пружина будет сжиматься на S₂ =2 мм при

F₂ =7824,3 H, что приблизительно равно усилию Q = 7810 H.

Из этого количество пружин ,

.