Механизация ручного труда технологического процесса формования заготовок кондитерских изделий (стр. 5 из 8)

Разрабатываем конструкцию вала и оцениваем его размеры.

Диаметр в месте посадки приводной шестерни dш1 = 45 мм

Диаметр в месте посадки подшипников dп = 50 мм

Диаметр в месте посадки шестерни насоса dш2 = 50 мм

Определяем допускаемую радиальную нагрузку на выходном конце, полагая, что большинство передач вследствие неизбежной несоосности и неравномерности приложения сил нагружают вал дополнительной силой Fμ.

В расчётной схеме направляют силу Fμ так, чтобы она увеличивала напряжения.

Для данной схемы применяем

Н

Определяем силы в зацеплении

Окружная сила:

Н

Через неё выражаются другие составляющие:

Н

Н

Определяем реакции в опорах и строим эпюры изгибающих и крутящих моментов.

Рассмотрим реакции от сил Fp и Fμ, действующих в вертикальной плоскости. Сумма проекций

Fр = А1 + В1

А1 = Fр∙а

А1 = 14∙0,16 = 2,24 Н∙мм

В1 = Fμ∙b

В1 = 275∙0,05 = 13,75 Н∙мм

Реакции от сил Fp и Fμ, действующих в вертикальной плоскости (Fμ прикладываем так, чтобы она увеличивала прогиб от Fp – худший случай)

А1 + В1 = Ft + Fμ

Рисунок 5.1 Эпюры изгибающих моментов

В2∙l = Ft∙a – Fμ(b + l)

A2 = Ft + Fμ – Bl = 786 Н

Определяем запасы сопротивления усталости в опасных сечениях. Просчитываем два предполагаемых опасных сечения: сечение I-I рядом с подшипником, ослабленное галтелью. Для первого сечения изгибающий момент

Н∙мм

Крутящий момент

Т = 4,8∙103 Н∙мм

Напряжение изгиба

МПа

Напряжение кручения:

МПа

Имеем:

σ-1 = 0,4∙σВ

σ-1 = 0,4∙750 = 300 МПа

σ-1 = 0,2∙σВ

σ-1 = 0,2∙750 = 150 МПа

τВ = 0,6∙650 = 390 МПа

Для шпоночного паза:

Кσ ≈ 1,7

Кt ≈ 1,4

По графику кривая 2 – Кd = 0,72

По графику для шлифованного вала KF = 1

Ψσ = 0,15 – коэффициент, корректирующий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости Ψτ = 0,05, находим:

Для второго сечения изгибающий момент

Т = 4,8∙103 Н∙мм

Крутящий момент:

М = Fμ(b + l)

М = 275(50+55) = 29∙103 Н∙мм

МПа

МПа

Принимаем r галтели равным 2 мм.

и находим Кσ = 2 и Кτ = 1,6 – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении

Больше напряжено второе сечение, ослабленное галтелью.

Определяем статистическую прочность при перегрузках

При перегрузках напряжение удваивается и для второго сечения σn = 30 МПа и τ = 2,8 МПа

[σ] = 0,8∙σm

[σ] = 0,8∙450 = 360 МПа

МПа

Условие прочности выполнено.

Проверяем жёсткость вала. По условиям работы зубчатого зацепления опасным является прогиб вала под шестерней.

Средний диаметр на участке d принимаем равным 45 мм = dш2.

Здесь:

мм4

Прогиб в вертикальной плоскости от силы Ft:

От момента Ма прогиб равен нулю.

Прогиб в горизонтальной плоскости от сил Ft и Fμ.

мм

Суммарный прогиб:

мм

Допускаемый прогиб

[Y] = 0,01∙m

[Y] = 0,01∙5 = 0,05 > 0,124 мм

Прогиб находится в допустимых пределах

Таким образом, условия прочности и жёсткости выполняются. По этим условиям диаметр вала можно сохранить.

5.3 Расчёт шпоночного соединения

Напряжение смятия шпонки:

Принимаем шпонку по ГОСТ 24070-80: b × h × d = 5 × 9 × 22, t1 = 5,5, Lр = 10 мм.

МПа

Допускаемое напряжение [σсм] = 80 МПа для шпонки Ст 45 с учётом нагрузки

σсм < [σсм]

Условие прочности выполнено.

5.4 Расчёт клиноременной передачи

Заданные величины:

Передаваемая мощность: N = 2000 Вт

Частота вращения меньшего шкива: n1 = 960 об/мин

Передаточное отношение: U = 3

Коэффициент режима работы передачи: C = 1,3

Коэффициент угла обхвата шкива: С1 = 0,8

Коэффициент числа ремней: С2 = 0,9

Коэффициент длины ремня: С3 = 0,93

Коэффициент центробежной силы: Q = 0,1

Предел выносливости ремня: S1 = 8 МПа

Модуль изгибной упругости ремня: Е = 100 МПа

Находим частоту вращения медленного вала.

Принимаем S = 0,02

n1 = nc(1 – S)

n1 = 960(1 – 0,02) = 940,8

Частота вращения медленного вала:

об/мин

Определяем угловую скорость ведущего шкива.

с-1

Крутящий момент на маленьком шкиве:

Н∙м

Определим угловую скорость ведомого шкива:

с-1

определяем сечение и диаметр малого (ведущего) шкива:

Выбираем d1 = 100 мм

Принимаем d2 = 300 мм.

Уточняем угловую скорость ведомого шкива:

с-1

Передаточное число

Крутящий момент на большом шкиве:

Н∙м

Определим скорость ремня:

м/с

Предварительное значение межосевого расстояния:

Аmin = 0,55∙(d1 + d2) + h

Amin = 0,55∙(100 + 300) + 8 = 228 мм

Amax = d1 + d2

Amax = 100 + 300 = 400 мм

Расчётная длина ремня:

L = 2∙ar + 0,5∙π(d1 + d2) + (d2 – d1)2/4∙ar

L = 2∙400 + 0,5∙3,14∙(400 + 200)2/4∙400 = 1453

Принимаем L = 1400 мм

Уточненное значение межосевого расстояния:

где: ω = 0,5∙π(d1 + d2)

ω = 0,5∙3,14(100 + 300) = 628

Y = (d2 – d1)2 = 40000

мм

Угол обхвата меньшего шкива:

Число ремней: