Прочностные расчеты элементов стенда

1. Выбор электродвигателя

Ввиду причин модификации и повышения развальцовочных характеристик стенда предполагается увеличить мощность на ведомом валу редуктора до Р_В = 0,5 кВт при частоте вращения w = 3,0 с^-1.

Общий КПД червячного редуктора η_ЧР = 0,41; КПД шлицевого соединения η_ШС = 0,92.

Общий КПД привода:

(2.1)

Требуемая мощность электродвигателя [4]:

(2.2)

Частота вращения:

(2.3)

По требуемой мощности подбираем электродвигатель асинхронный ЭП-8, мощностью P_ДВ = 0,7 кВт и частотой вращения n_ДВ = 250 об/мин. (ГОСТ 19523-81).

2. Расчет муфты

Для соединения вала двигателя и ведущего вала червячного редуктора на стенде применяется муфта упругая втулочно-пальцевая, обладающая относительно простой конструкции.

Пальцы и кольца берут стандартные, размещая их так, чтобы выполнялось условие [4]:

z · d₀ < 2,8 D₀, (2.4)

где z – число пальцев, z = 6;

d₀ – диаметр отверстия под упругий элемент, d₀ = 20 мм;

D₀ – диаметр расположения пальцев, D₀ = 68 мм.

6 · 20 < 2,8 · 68

120 < 190,4

Условие выполняется.

Упругие элементы проверяют на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами [4]:

s_СМ = 2 T_К /(z · D₀ · d_П · l_ВТ) < [s]_СМ, (2.5)

где T_К – вращающий момент на валу двигателя, Н·м;

d_П – диаметр пальца, d_П =0,1м;

l_ВТ – длина упругого элемента, l_ВТ = 0,16м

Вращающий момент на валу двигателя определяется по формуле:

Т_К = Р_ДВ / n_ДВ, (2.6)

Т_К = 0,7 · 10³ / 250 = 2,8 Н·м.

Расчет по напряжениям смятия условный, так как не учитывает истинный характер распределения напряжений. В этом случае допускаемые напряжения [s]_СМ = 2 МПа.

2 · 1,4 /(6 · 0,68 · 0,1 · 0,16) < 2 МПа

0,085 МПа < 2 МПа

Условие выполняется.

Пальцы муфты, выполненные из стали 45, рассчитываются на изгиб[4]:

s_ИЗ = 2 Т_К · (0,5 · l_ВТ · С) / (z · D₀ · 0,1 · d³ _П) < [s]_ИЗ, (2.7)

где С – зазор между полумуфтами (С = 0,003 ÷ 0,005 м).

Допускаемое напряжение изгиба принимают [s]_ИЗ = s_Т МПа, где s_Т – предел текучести материала пальцев, s_Т = 290 МПа, следовательно [s]_ИЗ = 130 МПа.

s_ИЗ = 2 · 2,8 · (0,5 · 0,16 · 0,004) / (6 · 0,68 · 0,1 · 0,1³) < 130 МПа;

4,39 МПа < 130 МПа

Условие выполняется.

3. Расчет винтовой пары (валик шлицевой – винт ходовой)

Рис. 2.5 Схема для расчета винтовой пары

Критерием работоспособности винтовой пары являются: износосотойкость резьбы, износостойкость опорной поверхности наконечника шлицевого валика, прочность и устойчивость ходового винта.

Основная причина выхода из строя винтовой пары – износ резьбы. Поэтому основным является расчет износостойкости резьбы, который расчитывается по следующей зависимости [4]:

(2.8)

где q_P – удельное давление на рабочей поверхности резьбы, определяемое при допущении, что нагрузка равномерно распределяется по виткам резьбы;

Q – наибольшая осевая сила, действующая на винт; р – шаг резьбы; d – наружный диаметр резьбы; d₁ – внутренний диаметр резьбы; Н – длина резьбы в шлицевом валике; [q_P ] – допускаемое удельное давление.

Допускаемое уделное давление для стали 40Х принимается равным [q_P ] = 5,5 Н/мм².

3,69 Н/мм² ≤ 5,5 Н/мм²

Условие выполняется.

Ходовой винт расчитывается на прочность и устойчивость. Прочность винта проверяется в расположеном левее шлицевого валика сечении, в котором действует напряжение сжатия σ и кручения τ [4]:

(2.9)

где σ_ЭКВ – эквивалентное (приведенное) напряжение, МПа; М_К – крутящий момент, равный моменту на резьбе, Н·м; [σ] – допускаемое напряжение, Мпа; σ_Т – предел текучести матариала винта; [n] – допустимый коэффициент запаса прочности.

Предел текучести для стали 40Х равен σ_Т = 690 МПа; допустимый коэффициент запаса прочности принимается в пределах [n] = 3 ÷ 4.

Тогда получим:

21,62 МПа ≤ 197 МПа

Условие выполняется.

При расчете ходового винта на устойчивость принимают, что винт представляет собой стержень с жестко закрепленным левым и свободным правым концом. При такой схеме коэффициент приведения длины µ = 2. Расчетная длина l винта принимается равной расстоянию от середины гайки до упорного буртика винтапри его максимальном выдвинутом положении.

Проверочный расчет проводится в зависимости от гибкости винта λ:

(2.10)

где i – радиус инерции сечения винта, мм.

(2.11)

где J – момент инерции поперечного сечения винта, мм⁴; F – площадь поперечного сечения винта, мм².

Момент инерции поперечного сечения винта определяется по эмпирической зависимости, учитывающей и работу витков резьбы:

(2.12)

Тогда радиус инерции сечения винта будет равен:

Определяем гибкость винта:

При 90 > λ > 55 проверочный расчет устойчивости проводится по следующей формуле [4]:

(2.13)

где [n_У ] – допустимый коэффициент запаса устойчивости, принимается в пределах [n_У ] = 3 ÷ 4.

969 Н ≤ 5500 Н

Условие выполняется.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: