Основные размеры деталей (валов, осей, планок и т.п.) или элементов машин (конвейерных лент, тяговых и приводных цепей) следует определять методами проектного расчета с последующим уточнением, исходя из требований технологичности, удобства сборки, эксплуатации и обслуживания, а также техники безопасности и промышленной эстетики.
Как показывает практика, довольно часто допускаются ошибки при расчете приводных валов, нагруженных крутящими и изгибающими моментами, особенно если последние действуют в разных плоскостях.
Расчет валов ведется обычно в два этапа. На первом этапе по расчетным нагрузкам определяются основные размеры вала. Такой расчет называется проектным. Он может быть ориентировочным или приближенным.
При ориентировочном расчете предполагается, что вал испытывает только кручение, а изгиб учитывается понижением величины допускаемого напряжения.
Приближенный расчет ведется с учетом совместного действия кручения и изгиба. Основным критерием прочности является допускаемое напряжение.
Величина допускаемого напряжения зависит от характера нагрузки и материала. Вал при работе испытывает знакопеременную нагрузку по симметричному циклу, поэтому за опасное напряжение принимается предел выносливости σ-1. В качестве материала для валов могут применяться стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) марок Ст5 и Стб, сталь углеродистая качественная (ГОСТ 1050-88) марки сталь 45, а также легированные стали (ГОСТ 19282-73, ГОСТ 801-78) марок 40Х или 40ХН. Первые применяются для малонагруженных валов, а последние - для валов с повышенными нагрузками. Основным же материалом для валов считают сталь 45 нормализованную или улучшенную. При предварительном расчете можно принять для сталей Ст5 и Стб [σ-1]п = 40...50 МПа; для стали 45 [σ-1]n= 55...65 МПа; для сталей 40Х и 40ХН [σ-1]n = 90... 110 МПа.
Определив на основании проектного расчета диаметр в наиболее опасном сечении, приступают к конструктивной разработке вала - назначаются диаметры и длины отдельных участков, расположение шпоночных канавок и т.д.
При конструировании вала необходимо учитывать удобство монтажа и демонтажа подшипников и барабана, а также надежность их осевой фиксации. Для облегчения монтажа барабана на концах вала и на переходах от цапфы к ступицам делаются фаски под углом 45°. Для удобства демонтажа подшипников высота заплечиков или толщина распорных втулок должна быть не более половины толщины кольца подшипника (для возможности захвата кольца съемником).
При выборе конфигурации вала необходимо учитывать технологичность изготовления и экономию металла.
После окончательной разработки конструкции вала приступают к второму этапу расчета, к так называемому уточненному (проверочному) расчету. Суть его заключается в определении фактического запаса прочности с учетом концентраторов напряжения (шпоночные пазы, места перехода от одного диаметра к другому, канавки для установочных колец или для выхода режущего инструмента, отверстия под крепежные элементы и т.п.).
Для проведения уточненного расчета необходимо вычертить вал со всеми принятыми размерами, посадками, сопряжениями и обработкой. На валу необходимо показать расположение шпоночных канавок, канавок для выхода режущего инструмента или шлифовального круга и т.п.
Как уже отмечалось, уточненный расчет заключается в определении фактического коэффициента запаса прочности в опасном сечении.
Подробную методику уточненного расчета валов и осей можно найти в любом справочнике конструктора.
Если в результате уточненного расчета окажется, что фактический коэффициент запаса прочности меньше допускаемого, то следует либо улучшить качество материала за счет термической обработки и поверхностного упрочнения, либо увеличить диаметр вала, либо взять более прочную сталь.
Некоторые трудности возникают иногда при расчете подшипников валов и осей. В действующих ГОСТ подшипники качения характеризуются статической и динамической грузоподъемностью.
По статической грузоподъемности подшипники выбираются в том случае, если при их работе отсутствует вращение или частота вращения не превышает 1 мин-1. Во всех остальных случаях подшипники выбираются по динамической грузоподъемности.
Предварительный выбор подшипника производится по расчетному посадочному диаметру и динамической грузоподъемности. Расчетный диаметр округляется до ближайшего большего внутреннего диаметра подшипника.
Очень важно определить наиболее рациональный тип подшипника, ибо от этого зависит не только работоспособность, но и стоимость подшипникового узла.
Наиболее простыми, дешевыми и имеющими к тому же наименьшие потери на трение являются радиальные однорядные шарикоподшипники. Такие подшипники целесообразно и предпочтительно применять в тех случаях, когда осевая нагрузка не превышает 70% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки, а угол перекоса колец составляет не более 0,25°.
Однорядные радиальные шарикоподшипники могут быть с защитными шайбами или встроенными уплотнениями, а также с канавкой на наружном кольце для стопорного кольца.
При установке подшипников в разных корпусах, что характерно для большинства валов подъемно-транспортных машин, появляется опасность значительной несоосности опор. В этом случае необходимо применять двухрядные сферические самоустанавливающиеся шариковые или роликовые подшипники. Такие подшипники допускают перекос колец до 3° и могут воспринимать осевую нагрузку в обе стороны, не превышающую 20% (для роликовых - 25%) от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки.
Если не требуется особо большой грузоподъемности, то предпочтение следует отдавать сферическим двухрядным шариковым подшипникам как более дешевым и простым по сравнению с роликовыми.
При расчете металлоконструкции подъемно-транспортных машин большое внимание следует уделить прежде всего выбору материала для основных и вспомогательных элементов. Необходимо оценить целесообразность применения низколегированных сталей и алюминиевых сплавов. В случае применения углеродистой стали обыкновенного качества нужно обосновать выбор стали по степени раскисления (кипящая, полу спокойная и спокойная плавка).
Важным этапом расчета является определение расчетных нагрузок и их комбинаций в различных состояниях. Для практических расчетов достаточно принять две наиболее неблагоприятные комбинации и определить для этих случаев действующие усилия в элементах металлоконструкции.
В части, посвященной обеспечению безопасности жизнедеятельности, дается описание предохранительных устройств и приспособлений, а также перечень мер по технике безопасности и пожарной профилактике. Особое внимание следует уделить вопросам экологии.
Здесь же рассматриваются вопросы технической эстетики.
Технико-экономическая часть дает объективную экономическую оценку эффективности внедрения предложенного оборудования. Эта часть проекта выполняется по конкретному заданию под руководством консультанта.
Конкретное содержание этого раздела зависит от характера проекта, но в целом в нем должны быть отражены следующие вопросы:
1. выбор объекта для сравнения (базовый вариант);
2. оценка прогрессивности предлагаемых технических решений с точки зрения унификации и нормализации;
3. расчет годовой производительности по сравниваемым вариантам;
4. определение необходимого количества машин для каждого варианта по заданному годовому объему работы;
5. расчет и сравнительная оценка капитальных вложений по вариантам;
6. расчет и сравнительная оценка эксплуатационных расходов по вариантам;
7. расчет приведенной годовой экономии.
В качестве объекта для сравнения следует принимать лучшие из существующих образцов подъемно-транспортных машин, независимо от того, эксплуатируются они в настоящее время или находятся еще в стадии разработки. Оптимальным считается тот вариант, который обеспечивает наименьшие приведенные затраты при одинаковом годовом объеме перерабатываемого груза.
В целом объем расчетно-пояснительной записки должен быть в пределах 60-70 листов печатного текста формата А4.
6.6 Оформление заголовков, абзацев, пунктов и подпунктов в тексте
Заголовком называют обозначение структурной части основного текста работы (раздела, главы, параграфа и пр.). Заголовки выделяются размером шрифта, способом начертания или прописными буквами. К заголовкам первого уровня относятся: «Содержание», «Введение», «Названия разделов», «Заключение», «Библиографический список», «Приложения». В тексте работы они печатаются прописными буквами без подчеркивания и точки в конце, выравниваются по центру, переносы в словах не допускаются. В пояснительной записке дипломного проекта каждый заголовок первого уровня и следующий за ним текст начинаются с новой страницы
В отличие от них наименование глав и параграфов, которые относятся к заголовкам второго уровня, записывают в виде заголовков с абзаца строчными буквами, кроме первой прописной, но также без подчеркивания и точки в конце.
Переносы слов в наименовании разделов, глав, параграфов не допускаются. Если наименование раздела, главы, параграфа состоит из двух предложений, их разделяют точкой.
Нельзя писать заголовок в конце страницы, если на ней не умещаются три строки идущего под заголовком текста.
Расстояние между заголовками раздела и подраздела - 2 интервала, расстояние между заголовком главы и текстом – два интервала, а расстояние между заголовком подраздела (параграфа) — один интервал.
Текст необходимо разбивать на абзацы, т.е. примерно равные по объему части текста, тесно связанные между собой и объединенные по смыслу, начала которых пишут с абзацного отступа 1,25 (1,27) см.