Материал: Улучшение обдирочно-шлифовальной головки и карусельного станка модели 1580Л

где  - коэффициент, учитывающий сопротивление усталости;

, так как вал не действуют растяжение и сжатие;

 Н/мм² - предел выносливости при изгибе;

 - коэффициент концентрации напряжений при обработке концевой фрезой шпоночного паза;

 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (масштабный фактор);

 - коэффициент влияния шероховатости сечения.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям определяется по формуле (2.43):

,(2.43)

где  Н/мм² - предел выносливости при кручении;

- коэффициент концентрации напряжений при обработке концевой фрезой шпоночного паза;

 - коэффициент, на сопротивление усталости.

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения А- А определяется по формуле (2.44):

(2.44)

Рассмотрим сечение Б - Б: концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом:

;[3, табл. 6.7]

 Н мм.

Осевой момент сопротивления находим по формуле (2.45):

.(2.45)

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

 Н/мм².

Полярный момент сопротивления находим по формуле (2.46):

 мм³.(2.46)

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений определяется по формуле (2.47):

, Н/мм²;(2.47)

 Н/мм².

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям находим по формуле (2.48):

;(2.48)

 .

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям находим по формуле (2.49):

(2.49)

 .

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения Б - Б:

 .

Полученные в ходе расчетов значения приводим в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты уточнённого расчёта вала

2.2.7 Проверка долговечности подшипников

Пользуясь предыдущими расчетами, определим суммарные реакции опор:

 H;

 H.

Рассмотрим правый подшипник и рассчитаем эквивалентную динамическую нагрузку для роликового подшипника с короткими цилиндрическими роликами по формуле (2.50)[3, форм. 7.6 с. 117]:

, H,(2.50)

где V - коэффициент, учитывающий вращение колец; V = 1 при вращении внутреннего кольца;

 - температурный коэффициент (K_T = 1,0)[3,табл.7.1];

  - коэффициент безопасности (K_s = 1,3) [3, табл. 7.4].

 кН.

Определяем расчётную долговечность L в млн. оборотов по формуле (2.51):

, млн. об,[3, форм. 7.3 с.117].(2.51)

где  - для шарикоподшипников;

 - для роликоподшипников;

С - динамическая грузоподъёмность.

 млн. об.

Определяем расчётную долговечность по формуле (2.52):

 , ч[3, форм. 7.4 с.117],(2.52)

где n₂ - частота вращения подшипника, мин^-1.

ч.

Полученный результат долговечности подшипника удовлетворяет условиям задачи.

Расчет нагрузок для второго подшипника определяем по формуле (2.53):

 ,H ,[3, форм. 7.5 с. 117].(2.53)

где Х - коэффициент радиальной нагрузки, Х = 0,56;

Y - коэффициент учитывающий осевую нагрузку, Y = 1,55;

 - осевая нагрузка на подшипник, Н;

 - радиальная нагрузка на подшипник, Н.

 Н,

 кН.

Рассчитываем долговечность L в млн. оборотов по формуле (2.54):

 млн. об. (2.54)

Рассчитываем долговечность в количестве рабочих часов, ч:

ч.

Полученный результат удовлетворяет условиям задачи.

В данном разделе мы провели расчет на долговечность всех используемых подшипников. Выбранные подшипники полностью соответствуют нашим требованиям.

2.2.8 Подбор шпонок и их проверочный расчёт

Выбор шпонок производится исходя от диаметра, в нашем случае d=69,75 мм (средний диаметр).Выбираем шпонку 18х11х70 мм призматическую по ГОСТ 23360 - 78 [СТ СЭВ 189 - 79]. Шпонка представляет собой брусок стальной, который устанавливается в специальные пазы вала и шкива. Главным образом она служит для передачи крутящего момента. В зависимости от сечения возникают различные напряжения: -смятия и t - среза. Шпонки являются простой конструкцией, поэтому они получили широкое применение в области машиностроения. Но есть и недостатки: пазы на валах, в которые устанавливается шпонки, уменьшают его сечение, тем самым не только ослабляют конструкцию, но концентрируют напряжения изгиба и кручения в местах шпоночного соединения.

Рассчитываем шпонку на смятие по формуле (2.55):

, МПа,(2.55)

где  - рабочая длина шпонки () по формуле (2.56);

Т = 100,5 Н - крутящий момент на валу;

d - диаметр вала в месте шпоночного соединения, мм;

h = 11 - высота шпонки, мм;

b - ширина шпонки, мм;

[] - допустимое напряжение смятия,  = 100 … 120 МПа;

 мм;(2.56)

 МПа.

где [] < 100 Н/мм² при нормальных нагрузках.

[] необходимо учесть, что при значительных нагрузках ее необходимо снижать на 25 %.

10,07 МПа < 75 МПа.

Выбранная призматическая шпонка удовлетворяет условию прочности на смятие.

3. Технологическая часть

.1 Разработка технологического процесса шпиндельного вала

Валы - это деталь из металла в форме цилиндра с квадратными или круглыми сечениями. Он используется вдоль всей своей оси и передает крутящий момент. Все вращающиеся детали у машин крепятся на валах и обеспечивают соосность. В зонах где повышено напряжение объем металла должен быть минимальным. При уменьшении давления, выносливость должна быть высокой. Все детали, которые вращаются в станках и есть -валы.

В процессе работы вала на него действуют различные силы, такие как: растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Чтобы предотвратить досрочный износ подшипников, шпиндельный вал должен обладать жёсткостью. Шейки для посадки подшипника, должны соответствовать высоки классом точности. Кроме всего перечисленного сборка и регулировка играют немаловажную роль при установке деталей станка.

Шпиндельный вал, для которого разрабатывается технологический процесс, устанавливается в специальном корпусе и закреплен на двух шариковых радиальных однорядных подшипниках.

В нашем случае вал многоступенчатый, содержит 5 ступеней:

         Первая ступень-30 мм.

         Вторая и четвертая ступень - 35 мм.

         Третья ступень-42 мм.

         Пятая ступень-32 мм.

Для изготовления шпиндельного вала используем Сталь 40X. На валу для закрепления шкива имеются 3 шпоночные канавки.

3.2 Анализ технологичности конструкции детали

Технологичность конструкций тесно связано с производительностью труда, затраченным периодом на технологическую подготовку производства, ТО и ремонтом. При производстве деталей желательно использовать заготовки со стандартными и оптимальными размерами.

В технологической конструкции изделия учитывают:

         Оптимальную форму изделия для обработки с максимальной доступностью;

         Учитывают использование предложенных материалов с наименьшими отходами, поэтому заготовку следует выбирать с размерами близкими к готовой детали.

При определении целесообразности изготовления заготовки, опираются на исходные данные. Они включают в себя сборочный чертёж, методы производства, специализацию узла, требуемое количество готовых деталей в год.

Технические условия - Химическое оксидирование; HRC 32-35.

Валы изготавливаются стали марки 40х по ГОСТ 1050-88. Сталь 40х является углеродистой доэвтектоидной сталью в соответствии с таблицей 3.1, что означает возможность применения термообработки, а в частности улучшение, которое состоит из нагрева детали до температуры 820-840оС с быстрым охлаждением и дальнейшим высокотемпературным отпуском в соответствии с таблицей 3.2. Сердцевина вала остается в вязком состоянии, т.к. сталь 40х имеет прокаливаемость от 10 до15 мм. Вязкое состояние сердцевины вала обеспечивает высокую ударную вязкость и устойчивость вала к различным видам нагрузки.

Таблица 3.1 - Сталь 40Х и её химический состав в %

Таблица 3.2 - Механические свойства стали 40Х