Проектирование фрезы для мини-трактора
4.1 Расчет вала
Исходным для расчета деталей привода фрезерного барабана является крутящий момент на валу барабана , величину которого можно определить по выражению:
, (4.1)
где - удельная работа по фрезерованию почвы, она определяется из выражения:
, (4.2)
где - коэффициент пропорциональности ( 3,0…3,5 на старопахотных почвах, 10 - на задернелых);
- удельное сопротивление фрезы, (= 100…130 кПа).
МКР= К*Н/М
АУД=3*100+400*7,22*0,92=17096
Определяем диаметр вала выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба:
(4.3)
где Mкр - крутящий момент, Нмм
- касательное напряжение, МПа.
d=18,5 мм.
Принимаем d=40 мм, из конструктивных соображений.
Окружное усилие на фрезе определяем по формуле:
, (4.4)
где - окружное усилие, Н.
Н.
Интенсивность распределения нагрузки определяем по формуле:
(4.5)
Н/мм
Составляем уравнения равновесия:
?Ma=0;
Mв=0.
?Mв= -RaЧ(a++в)+(Ч)Ч(= 0
?Mа=RаЧ(а+Ч)Ч(
(4.6)
(4.7)
Н
Определяем изгибающий момент и поперечные силы:
М1 = Ra Ч x, (4.8)
где x1 = (0…186,5) мм
при x = 0 тогда M1 = 0
x = 186,5 мм
М1 = 2500 Ч 186,5 = 466250 НЧмм
II участок Q2 = Ra =2500 H
Q2 = Ra - Ч х2, (4.9)
Q2 = 2500 - 2,3 Ч 2132 = - 2500 Н
где х2 = (0…2132) мм
при x2 = 0 тогда М1 = 0
x2 = 2132 мм
M2 = R2 (а+x2) - , (4.10)
M2 = 2500Ч(186,5+2132) - НЧмм
Q3 = - Rв = - 2500 Н
M3 = Rв Ч x3, (4.11)
где x2 = (0…186,5) мм
при x3 = 0 тогда M3 = 0
x2 = 186,5
М3 = 2500Ч186,5 = 569013 НЧмм
Определяем экстремальные значения изгибающих моментов используя дифференцируемую зависимость:
Q = (4.12)
= = , (4.13)
, (4.14)
мм
НЧмм
Определяем эквивалентный момент по III теории прочности:
, (4.15)
= 3,73Ч НЧм
Определяем диаметр вала по формуле:
, (4.16)
где - допустимое напряжение, МПа;
Допустимое напряжение определяется по формуле:
, (4.17)
где - процесс текучести, - 360 МПа;
s -конструктивный запас прочности, s2.
Осевой момент сопротивления определяем по формуле:
, (4.18)
При кольцевом сечении вала применяем
=
тогда
, (4.19)
откуда
, (4.20)
мм
d = dнЧ, (4.21)
d = 69Ч0,8 =40 мм
4.2 Проверка долговечности подшипников
На подшипниках катка действует равнодействующая реакция Rа = Rв = 2500Н
Применяем радиальные шариковые однорядные подшипники № 311;
d =40 мм, D = 80 мм, B = 29 мм, С = 32,0 кН, С0 = 17,8 кН.
Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:
Pэ = VЧRЧKбЧKт (4.22)
где V - коэффициент при вращении внутреннего кольца V = 1;
R - реакция в опорах, Н;
Кб - коэффициент нагрузки на подшипник, Кб = 1,3;
Кт - коэффициент работы подшипника, Кт =1,05.
Pэ = 1Ч2500Ч1,3Ч1,05 = 3412,5 Н
Расчетная долговечность млн. определяется по формуле:
(4.23)
млн. об
Расчет долговечности, определяется по формуле:
(4.24)
где nб - частота вращения барабана, об/мин.
ч
Подшипники могут работать в течении всего срока службы машины.
4.3 Проверка прочности шпоночных соединений
Для передачи вращающего момента от редуктора к валу и фиксации деталей используют призматическую шпонку.
Проверочный расчет ненапряженных соединений проводят на смятие боковых поверхностей и срез по поперечному сечению.
Условие прочности на смятие определяем по формуле:
(4.25)
где Т - вращающий момент, НЧм;
d - диаметр вала, м;
- рабочая длина шпонки, мм;
h - высота шпонки, мм;
- глубина паза вала, мм;
- допустимое напряжение смятия, = 110
МПа
Рабочая длина шпонки определяется по формуле:
(4.26)
где - длина шпонки, мм;
b - ширина шпонки, мм.
мм
Условие прочности на смятие выполняется
меньше = 110 Мпа
Условие прочности на срез определяется по формуле:
(4.27)
где - допустимое напряжение среза, МПа, =70.
МПа
Условие прочности на срез выполняется
МПа меньше = 70 МПа.