Главная Обратная связь

Дисциплины:






Проблемы и пути их решения



Назначение детали

В механизмах имеются звенья, передающие вращающее движение. Валы предназначены для поддержания, установки и крепления на них вращающихся деталей механизмов типа зубчатых колес, шкивов, полумуфт, муфт, маховиков, указателей и предназначены для передачи крутящего момента.

Данная деталь «Вал» (рис.1) входит в сборочную единицу «Коническо-цилиндрического редуктора» (рис.2). Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступеней которого зависят от количеества и размеров установленных на вал деталей. В данном случае он состоит из: двух подшипниковых шеек l=77 мм и l=35 мм с шероховатостью поверхностей – Ra 0,8; для установки шкива посредством шпонки предусмотрена поверхность l=130 мм, шероховатостью Ra0,8 и шпоночным пазом, глубиной h=14 мм. Также имеются галтели радиусом R=2 мм .

Рис.1 Вал.

Рис.2. Коническо-цилиндрический редуктор.

 

Характеристики вала

Вал имеет следующие габариты:

-длина l = 476 мм;

-диаметр наибольший d1 = 135мм;

-делительный диаметр зубчатого колеса dколеса = 367 мм (m = 1,6, z = 227);

-наименьший диаметр вала d = 85 мм;

Вращающий момент на валу Т=1791 Нм;

 

Температурные условия

Диапазон рабочих температур составляет от +100˚C (температура деталей (масла) в работающем редукторе) до -50˚C, так как цилиндрический редуктор, в котором работает данный вал, может эксплуатироваться в суровых климатических условиях.

Износ

Абразивный износ. Узел работает в сложных условиях – грязь, вода, температурные изменения, поэтому возможно проникновение в механизм твердых посторонних частиц (песок – оксид кремния, глина – оксид алюминия) и пр.

Окисление О2, так как в самом масле, смазывающем узлы присутствует кислород.

Химическое окисление и растворение поверхностного слоя – меняются характеристики материала; химическое растворение (электролиз).

Основным видом износа является абразивный.

 

 

Нагрузки

Рис.3 Расчетная схема нагружения вала.

Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов (вал):

Окружная сила:

.

Радиальная сила:

.

Осевая сила:

.

Консольная сила:

1. Плоскость ОХ:

Определяем опорные реакции , :

 

Проверка:

3400+15800-19200=0

0=0

2. Плоскость OY:

Определяем опорные реакции, Н

;

Знак «-» означает, что сила направлена в противоположную сторону.

 

;

 

Проверка:

311+1334.9-2910+989=0

0=0

3. Найдем эквивалентные напряжения в опасном сечении 1:



 

где - напряжение изгиба;

- касательное напряжение.

Находим изгибающее напряжение в опасном сечении:

,

где - суммарный изгибающий момент, Н м;

- осевой момент сопротивления сечения вала (в нашем случае вал в 1 сечении круглый), мм3;


 

;

 

8955

 

 

мм3;

МПа

 

 

Находим касательное напряжение в опасном сечении:

,

где - крутящий момент, Нм

- полярный момент инерции сопротивления сечения вала, мм3:

мм3

МПа

Эквивалентное напряжение:

МПа.

4. Найдем эквивалентные напряжения в опасном сечении 2:

 

 

;

 

5946 Hм

 

,

мм3;

МПа.

Находим касательное напряжение в опасном сечении:

,

мм3

Н/мм2

Эквивалентное напряжение:

МПа.

 

5. Определим среднее контактное давление на посадочной поверхности вала (стр.194 [3]), МПа:

где - коэффициент запаса сцепления деталей;

- осевая сила;

- номинальный диаметр соединения (в сечении 1 d=120 мм)

(в сечении 2 d=100 мм);

- длина соединения (в сечении 1 l=Bступ=71 мм)

(в сечении 2 l=Bпод=34 мм);

- коэффициент трения (f=0,08).

Осевая сила в зацеплении незначительна, поэтому

,

Отсюда предел текучести, Па:

где d2 – диаметр охватывающей детали.

В сечении 1:

 

В сечении 2:

Проблемы и пути их решения

Эксплуатационный показатель Проблемы Пути решения  
1.Нагрузки 1.1Уровень нагрузок, σ экв = 336,5 МПа     1.2. Нагрузки носят ударный циклический характер, переменны.     1.1Вал нагружен радиальной, окружной, осевой силой. Её элементы испытывают напряжения изгиба и кручения.     1.2.Концентраторы. (Особенно опасны при переменном характере нагружения).Усталость. Перепады диаметров, канавки стопорных колец, задиры, слабые скругления, острые углы, разное сечение. Как следствие – появление трещины. =1500   1.1.Такой характер и уровень рассчитанных нагрузок, а также конструктивные особенности вала подразумевают конструкцию, которая может локально испытывать большие нагрузки, оставаясь при этом в пределах установленных значений жесткости и надежности, что может быть достигнуто следующими материалами: -сталь -Ni сплавы -Ti сплавы -композиты В среднеуглеродистых сталях это обеспечивается закалкой и высоким отпуском, нормализацией и отпуском (если напряжения небольшие, пластическим деформированием, в сплавах – пластическим деформированием, в алюминии -искусственным старением. Все эти материалы способны выдерживать рабочие нагрузки.     1.2.1.Для всех материалов – убрать концентраторы или снизить их влияние (финиширование, хонингование, притирка, острые углы проходить галтелями, избегать резких перепадов диаметров, применять литейные уклоны и скругления). Применение радиографического, радиолокационного и пр. контроля. 1.2.2.Для всех материалов – навести напряжения обратного знака (холодное пластическое деформирование тонкого наружного слоя (наклеп), дробеструйка)). 1.2.3.Для сталей – азотирование (нитроцементация). При этом в поверхностном слое увеличится объём, вследствие чего возникнут сжимающие напряжения. Но и образующаяся нитридная плёнка – очень твердая и окислостойкая. Отсюда эффект: -сжимающие напряжения. 1.2.4.Везде мелкое зерно – введением легирующих добавок. Ni – горячее деформирование.      
2.Износ 2.1.Абразивный   2.2.Окисление О2     2.4.Химическое окисление и растворение поверхностного слоя     2.5.Усталостное выкрашивание       2.1.Риски на поверхностях зубьев, трущихся поверхностей, царапины (резание)   2.2.Окисление для сталей – ржавчина, разрушение поверхности, поломка. Для Al и Al сплавов – благоприятное явление, так как оксидная пленка очень прочная.   2.4Меняются характеристики материала. Химическое растворение (электролиз).   2.5При всхлапывании воздушных пузырей происходит гидроудар в результате чего происходит выкрашивание металла     2.1.Для сталей – увеличение твердости поверхности за счет ТО, легирующих элементов, холодного пластического деформирования, создания мелкого зерна, растворов внедрения; у сплавов – пластического деформирования. Керамика сама по себе износостойка.   2.2.Для сталей – введение легирующих элементов, азотирование (внедрение) создание защитной пленки на поверхности (оксидной, лакокрасочной и пр.). Легирование Al, а затем азотируем – получаем нитрид Al, который очень твердый и коррозионностойкий. Для сплавов и керамики – не очень актуально   2.4Покрытия металлические и неметаллические неорганические, покрытия лакокрасочные, напыления, гальванические покрытия.   2.5.Применение материалов не склонных к окислению. Изолировать рабочие органы от попадания на них напряжения.    
3.Пониженные температуры (-50…-70˚С)     3.Металл на морозе теряет свои свойства.     3.1.Выбираем материал – Ni. 3.2.Для сталей – добавляем легирующий элемент Ni (от 1 до 4%). Ni карбидов не образует, но матрицу меняет. Материал охрупчивается в меньшей степени. Сохраняет возможность держать мелкое зерно, пока все остальное прогреется. 3.3 Чем меньше зерно, тем ниже порог хладноломкости.  
4.Повышенные температуры (до +100˚С)   4.От стали требуется теплостойкость (работа до 400˚С), так как при повышенных температурах материал теряет свои свойства. 4.В нашем случае верхний предел не превышает 100˚С, поэтому все указанные выше материалы: сталь, Ni сплавы (сохраняют пластичность даже и при +250˚С), Ti сплавы, керамика способны работать в таких условиях без заметного снижения свойств. Особенно теплостойка керамика. Стали легируется Cr: повышает тепловую стойкость стали на 100 - 200˚С.  
           

Как видно из расчетов нагрузок, σ02 предел текучести материала должен быть 1250… 1350 МПа.

Нагрузки носят ударный циклический характер, присутствуют концентраторы напряжений, поэтому предел текучести материала должен быть 1500…1600 МПа.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...