Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования 

«Пермский государственный технический университет»

Березниковский  филиал

Кафедра технологии и механизации производств 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая работа

по  курсу:

Сопротивление материалов

«Конструирование, расчет на прочность и выносливость вала» 
 
 
 
 
 

       Выполнил:

            Студент группы  МАХП-08у  

                                                                                                                        ^{(Фамилия И.О.)} 

       Проверил:

            ст. преподаватель

            кафедры ТМП               __________                                

                                                                                                     ^{(Фамилия И.О.)}

                    
 
 
 
 
 

Березники 2010 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Схема вала и схема расположения передачи

   Исходные  данные: марка стали – 45Х; L=0,6м; а=0,11м; в=0,12м; с=0,24м; D=0.7м; D₁=0.35м; D₂=0.25м; b₁=80⁰; b₂=30⁰; N=65кВт; N₁=35кВт; N₂ = N - N₁ =65 – 35 =30кВт; n=550об/мин; R₂=6.3.

   I Рассчитать и сконструировать стальной вал круглого поперечного сечения. Провести проверку на прочность при совместном действии изгиба и кручения, а также проверить на сопротивление усталости.

   1   Мощность подводится  к валу от электродвигателя  посредством зубчатой передачи, а снимается на шестерне 1 и 2 через зубчатые передачи. 
 

 

         2. Определение нагрузок, действующих на вал

2.1 Определение крутящих моментов

 

         и   : ,

где n – число оборотов;

      N – мощность.

Тогда:

;

;

,

2.2 Определение окружных усилий

;

;

.

2.3 Радиальные усилия:

;

,

где a = 20 ⁰ – угол зацепления.  
 
 
 
 
 

         3. Привод сил, действующих на вал, к оси вала с разложением главного вектора по двум взаимно перпендикулярным плоскостям.

 

   Направление окружного усилия зависит от роли зубчатого  колеса в передаче. У ведомого колеса оно совпадает  с направлением вращения, у ведущего – противоположно вращению.

         Радиальные  усилия направлены к  центру вращения.

         Приводим силы, действующие на вал, к оси вала с разложением на главные вектора по двум перпендикулярным плоскостям:

Ведущие колёса:

1-е колесо:

 

 

2-е колесо  :

 

 

         4. Расчетная схема  и эпюры внутренних  силовых факторов

Рассмотрим  схему I – вертикальная плоскость:

Определим реакции опор от усилий:

 SМ_A=0:

                     

SМ_В=0:

  

Проверка: Sу=0: 1,93-1,86+1,18-2,85+1,6=0

      0 £ Z₁£ 0,11

 

      

      

      0 £ Z₂£ 0,12

 

      

      

      0 £ Z₃ ³0,24

 

      

       0 £ Z₄ ³0,13

 

      

 
 

Рассмотрим  схему II – горизонтальная плоскость:

       -определим реакции опор от усилий:

 SМ_A=0:

  

 SМ_B=0:

 

Проверка:

S_Х=0:  

• определим моменты по участкам:

          0 £ Z₁ £0,11

      

      

      

      0 £ Z₂ £0,12

 

      

      

      0 £ Z₃ £0,24

 

      

      

      0 £ Z₄ £0,13

       

          

 
 

Суммарные изгибающие моменты:

Расчетные моменты (используем четвертую теорию прочности):

 

         5. Ориентировочный расчет вала

 

    Предварительные размеры вала устанавливаются  путем расчета  на прочность по максимальному  значению действующих нагрузок, но с повышенным коэффициентом запаса прочности [n]=4.5 определим нормальные напряжения и касательные напряжения для стали 40Х

      

        

   В сечениях вала, где  расположены элементы передач и подшипниковые узлы, испытывающие действие изгиба и кручения, диаметры определяются по формуле:

        

      

 Принимаем d=48 мм, шпонка 14´9, t=5,5мм.

   Принимаем d=70 мм, шпонка 20´12, t=7,5мм.

   Принимаем d=80 мм, шпонка 22´14, t=9мм.

Опора - принимаем d=55мм, подшипник №211 d=55мм, D=100мм, В=29мм.

Опора - принимаем d=55мм, подшипник №211 d=45мм, D=100мм, В=29мм. 
 
 
 
 

         6. Конструирование  вала