Содержание отчета

Расчет вала на статическую прочность с использование программы Autodesk Inventor

Цель работы: изучить автоматизированный расчет вала на прочность

Содержание работы:

1. Создать модель вала.

2. Провести статический расчет вала.

3. Определить размеры вала в опасном сечении.

4. Оформить отчет

Основная часть

1. Создание модели вала.

В программе Autodesk Inventor выполнена модель вала в соответствии с чертежом и приложены заданные нагрузки.

2. Проведен расчет вала с исходными данными:

поперечная сила Р = 1000 Н,

Изгибающий момент М_изг = - 1500 Нм,

Крутящий момент М_кр = 100 Нм.

а) Вал без учета собственного веса.

Эпюра Мизг в плоскости YZ

Эпюра σ _изг в плоскости YZ

Эпюра _экв (приведенное напряжение)

Рекомендованные размеры вала

Рассчитать размер вала в опасном сечении для материала Ст.3 с [_Т]=225 МПа используя формулы:

- для круглого вала с

отверстием,

- для вала с одиночной

шпоночной канавкой ( - ширина канавки, - глубина канавки),

- для круглого вала

диаметром и поперечным отверстием диаметром .

б) Вал с учетом собственного веса.

Рассчитать размер вала в опасном сечении.

Вопросы для самоконтроля

1. Как выполняются назначения элементов вала в программе Autodesk Inventor?

2. Как задаются опоры вала и как прикладываются внешние нагрузки в программе Autodesk Inventor?

3. Как редактируется вал, созданный в программе Autodesk Inventor?

4. Как провести проверочный расчет на прочность вала программе Autodesk Inventor?

5. Как расшифровать результаты расчета?

4. РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

НА ПРОЧНОСТЬ

1. Расчет зубьев цилиндрической передачи

на изгиб

Нормальная сила в зацеплении раскладывается на две составляющие: радиальную силу и распорную (окружную) :

,

.

Зуб рассматривается как консольная балка прямоугольного сечения.

Нагрузка берется на единицу ширины зуба:

,

где

– окружная сила,

– ширина зуба,

- коэффициент неравномерности нагрузки.

, (1,3 – для симметричной нагрузки, 1,5 – для несимметричной нагрузки),

- коэффициент концентрации нагрузки,

- коэффициент динамической нагрузки.

Считается, что вся нагрузка приложена к вершине зуба и воспринимается одной парой.

Напряжения изгиба:

,

где

- изгибающий момент от окружной составляющей силы,

- осевой момент сопротивления прямоугольного сечения зуба.

От радиальной составляющей возникает сжимающее напряжения:

,

где - площадь поперечного сечения.

Условие прочности на изгиб для опасного сечения зуба:

.

Окончательная форма проверочного расчета прямозубой передачи:

,

где

- допускаемое напряжение на изгиб,

- коэффициент формы зуба (таблица 5),

– коэффициент неравномерности нагрузки (таблица 6, 7).

Таблица 5

Коэффициент - для эвольвентного наружного

зацепления при a_w = 20° (при х =0).

Число зубьев		Число зубьев		Число зубьев
17	4,26	28	3,81	65	3,62
20	4,07	30	3,79	80	3,60
22	3,98	35	3,75	100	3,60
24	3,92	40	3,70	150	3,60
26	3,88	45	3,66	300	3,60
		50	3,65	Рейка	3,63

Таблица 6

Значение коэффициентов и .

Расположение шестерни отно­сительно опор	Твердость НВ поверхностей зубьев колеса	при						при
		0,2	0,4	0,6	0,8	1,2	1,6	0,2	0,4	0,6	0,8	1,2	1,6
Консольное (опоры - шари­коподшипники)	До 350 Св. 350	1,16 1,33	1,37 1,70	1,64				1,08 1,22	1,17 1,44	1,28
Консольное (опоры — роли­коподшипники)	До 350 Св. 350	1,10 1,20	1,22 1,44	1,38 1,71	1,57			1,06 1,11	1,12 1,25	1,19 1,45	1,27	-
Симметричное	До 350 Св. 350	1,01 1,02	1,03 1,04	1,05 1,08	1,07 1,14	1,14 1,30	1,26	1,01 1,01	1,02 1,02	1,03 1,04	1,04 1,07	1,07 1,16	1,10 1,26
Несимметричное	До 350 Св. 350	1,05 1,09	1,10 1,18	1,17 1,30	1,25 1,43	1,42 1,73	1,61	1,03 1,06	1,05 1,12	1,07 1,20	1,12 1,29	1,19 1,48	1,28 -

Таблица 7

Значение коэффициентов

Степень точности передачи	Твердость НВ поверхности зубьев колеса	при окружной скорости, м/с
		1	2	3	6	8	10
7	До 350 Св. 350	1,08/1,03 (1,04/1,02) 1,03/1,01 (1,03/1,00)	1,16/1,06 (1,07/1,03) 1,05/1,02 (1,05/1,01)	1,33/1,11 (1,14/1,05) 1,09/1,03 (1,09/1,02)	1,50/1,16 (1,21/1,06) 1,13/1,05 (1,14/1,03)	1,62/1,22 (1,29/1,07) 1,17/1,07 (1,19/1,03)	1,80/1,27 (1,36/1,08) 1,22/1,08 (1,24/1,04)
8	До 350 Св. 350	1,10/1,03 (1,04/1,01) 1,04/1,01 (1,03/1,01)	1,20/1,06 (1,08/1,02) 1,06/1,02 (1,06/1,01)	1,38/1,11 (1,61/1,04) 1,12/1,03 (1,10/1,02)	1,58/1,17 (1,24/1,06) 1,16/1,05 (1,16/1,03)	1,78/1,23 (1,32/1,07) 1,21/1,05 (1,22/1,04)	1,96/1,29 (1,40/1,08) 1,26/1,08 (1,26/1,05)
9	До 350 Св. 350	1,13/1,04 (1,05/1,01) 1,04/1,01 (1,04/1,01)	1,28/1,07 (1,10/1,03) 1,07/1,02 (1,07/1,01)	1,50/1,14 (1,20/1,05) 1,14/1,04 (1,13/1,02)	1,72/1,21 (1,30/1,07) 1,21/1,06 (1,20/1,03)	1,98/1,28 (1,40/1,09) 1,27/1,08 (1,26/1,04)	2,25/1,35 (1,50/1,12) 1,34/1,09 (1,32/1,05)

Примечание. В числителе — значения для прямозубых колес, в знаменателе — для косозубых.

За допускаемое напряжение на изгиб берут предел выносливости - для симметричного цикла и - для асимметричного цикла.

Механические характеристики материалов зубчатых колес приведены в таблице 8.

Таблица 8

Механические свойства стали

Допускаемое напряжение изгиба при работе с двух сторон зуба: .

Допускаемое напряжение при длительной нагрузке:

- при работе зуба с одной стороны,

- при работе зуба с двух сторон,

где

– коэффициент безопасности,

,

- коэффициент безотказности работы,

при нормализации материала шестерни и HB=180 – 380, 98% вероятности разрушения,

; при цементации );

- только для литых заготовок;

- в условиях коррозии и высокой температуры;

- коэффициент шероховатости,

,

;

- коэффициент упрочнения,

- обдувка дробью,

- шлифуется впадина зуба;

- масштабный фактор,

при ,

при