Politechnika Śląska w Katowicach

Wydział Transportu

Rok akademicki 2010/2011

Podstawy Konstrukcji Maszyn

Projekt 2

Temat: Konstrukcja wału maszynowego.

DARIUSZ WALENCIK

GRUPA TS 37

Dane:	OBLCZENIA:	Wyniki:
l = 0,7 [m] Stosunek: a:b:c = 1:2:3	1. Obliczenie długości odcinków wału: Odcinek a: Odcinek b: Odcinek c:
m= 4 z1 = 16 z2 = 40 z3 = 18 z4 = 45 Przyjęta wartość: =0,5	Obliczenie parametrów kół zębatych: Korzystamy z następujących wzorów: - obliczenie dla koła 2-go, analogicznie postępujemy w przypadku koła nr3 KOMENTARZ: obliczenia wykonano w arkuszu kalkulacyjnym i zestawiono w kolumnie Wyniki
n = 3000 [obr/min] N = 58 [kW]	Obliczenie momentu obrotowego:
z1 = 16 z2 = 40	Obliczenie momentu przenoszonego przez wał:
α = 20° tan α = 0,364	Obliczenie działającej siły obwodowej oraz promieniowej:
	Szkic wału z zaznaczonymi reakcjami:
	Reakcje występujące na płaszczyźnie xz: (1) (2) (2) (1)
	Reakcje występujące na płaszczyźnie xy: (3) (4) (4) (3)
x1=0,12[m] x2=0,35[m] x3=l=0,7[m]	Obliczenia dla momentów gnących Obliczenia Mg w płaszczyźnie xz: (0) x1(0;0,12): x2(0,12;0,35): x3(0,35;0,7): Wykres Mg w tej płaszczyźnie przedstawia rys nr1. Obliczenia Mg w płaszczyźnie xy: (0) x1(0;0,12): x2(0,12;0,35): x3(0,35;0,7): Wykres Mg w tej płaszczyźnie przedstawia rys nr2. Obliczenia Mg wypadkowego: (0): x1(0;0,12): x2(0,12;0,35): x3(0,35;0,7): Wykres Mg wypadkowego przedstawia wykres nr3.
	Obliczenia dla momentu skręcającego: Komentarz: Moment został wyznaczony na początku projektu. Obliczymy jedynie potrzebne nam dalej 2/3 jego wartości: Wykres Ms przedstawia rysunek nr 4.
	Obliczenia dla momentu zastępczego: (0): x1(0;0,12): x2(0,12;0,35): x3(0,35;0,7): Wykres momentu zastępczego przedstawia rys nr 5.	(0): x1(0,C): x2(0,D): x3(0B):
Wybrany materiał: stal C45 kgo=75[MPa]	Obliczenia średnic teoretycznych: Wykorzystujemy wzór: W przekrojach otrzymano następujące wartości: l[m] Mz[Nm] d[m] 0 0 0,000 0,07 121 0,027 0,12 242 0,034 0,21 925 0,053 0,23 1081 0,056 0,28 1473 0,062 0,35 2023 0,069 0,42 1616 0,064 0,49 1212 0,058 0,56 808 0,050 0,63 404 0,040 0,7 0 0,000 W obliczeniach skorzystano z arkusza kalkulacyjnego. Wykres zarysu teoretycznego wału przedstawia rysunek nr 6 wykonany na papierze milimetrowym.
q=3 Lh=10000 [h] n=3000 [obr/min] założone ft=1 (150stopni)	Dobór łożysk: obliczenia dla punktu A: Obliczenie obciążeń zastępczych: Obliczenie współczynników trwałości - fh oraz obotów - fn: Założenie q=3 - dla łożyska kulkowego. Obliczenie nośności rzeczywistej: C0=7,31[kN]6407 Następnie skorzystano z katalogu łożysk firmy SKF: Wybrano łożysko 6302 o następujących parametrach: d= 15[mm] D=42[mm] B=13[mm] C=11,9[kN] nn=38000[obr/min] ngr=24000[obr/min] masa=0,082[kg] Łożysko to spełnia stawiane mu wymagania (Ckat>Cobl oraz nkat >n).	fh=2,71 fn=4,48 C0=7,31[kN]
q=3/10 Lh=10000 [h] n=3000 [obr/min]	obliczenia dla punktu B: Obliczenie obciążeń zastępczych: Obliczenie współczynników trwałości - fh oraz obotów - fn: Założenie q=10/3 - dla łożyska kulkowego. Obliczenie nośności rzeczywistej: C0=39,77[kN] Wybrano łożysko NU 2304 ECP o następujących parametrach: d= 20[mm] D=52[mm] B=21[mm] C=47,5[kN] nn=15000[obr/min] ngr=18000[obr/min] masa=0,21[kg] Łożysko to spełnia stawiane mu wymagania (Ckat>Cobl oraz nkat >n).	fh=2,45 fn=3,85 C0=39,77[kN]
	Kształtowanie średnic rzeczywistych wału: Zarys rzeczywisty wału zaczynamy kształtować od czopów głównych, a następnie kierujemy się zasadą: Powinniśmy też uwzględnić kryteria ekonomiczności, technologiczności i funkcjonalności. Zaczęliśmy od punktu A i następnie ustalano kolejne średnice, które przedstawiono w kolumnie obok: Zarys rzeczywisty wału przedstawia rysunek nr 6.	dA=15mm d1=18mm d2=21mm d3=25mm d4=30mm dC=36mm d5=42mm d6=50mm d7=60mm d8=64 dD=68mm d9=74mm d10=64mm d11=60mm d12=52mm d13=44mm d14=38mm d15=32mm d14=28mm d14=24mm dB=20mm
dC=36mm ko=0,8*kr kr = 170 Mpa z=1 µ=1 dD=68mm	Obliczenia wpustów na czopach pod koła zębate: Czop pod I koło zębate: d=36[mm] b*h=> d wału - odczytujemy te wymiary z norm: dla d=36 wymiary wpustu wynoszą: PN - 73/M-85008 b=10[mm] h=13[mm] L=31,4[mm] Sprawdzenie wytrzymałości wg wzoru: Pdop = ko = 170*0,8 = 136 [MPa] s=h/2=6,5[mm] odczytana z normy wartość l spełnia kryterium Czop pod II koło zębate: d=68[mm] b*h=> d wału - odczytujemy te wymiary z norm: dla d=36 wymiary wpustu wynoszą: PN - 70/M-85005 b=20[mm] h=12[mm] L=56[mm] - wymiar ten przekracza długość czopa wału s=h/2=6[mm] Jednak, z powodu tego, iż odczytana wartość l jest większą od wartości długości czopa wału zastosujemy 2 wpusty - oto obliczenia dla takiego rozwiązania: (z=2) Nasze l będzie więc wynosić: l = 56/2=28 [mm]	s=6,5[mm] Pdop = 136 [MPa] l=31,4 [mm] l=28 [mm]
d6=50[mm] d7=60[mm] W danym punkcie odczytano wartości: Mg=648,58[Nm] Ms=203,73[Nm] Odczytane dane: Zgo=280[MPa] Zso=170[MPa] Zsj=340[MPa] Rr=610-730[MPa]	Obliczenia zmęczeniowe wału dla wybranego przekroju: Poszukujemy odpowiedniego przekroju kierując się zasadą: Wybrano przekrój pomiędzy d6 - d7 poszukiwanie współczynnika kształtu karbu: αkg oraz αks αkg (rodzaj karbu, rodzaj obciążenia, ρ/d, D/d) ρ=R+ ρm natomiast ρm =f(Rr) Odczytano z wykresu wartość: ρm = 0,58 natomiast R=2,5 ρ=R+ ρm = 2,5 + 0,58 = 3,08 Stosunki , Dzięki tym danym - odczytano z wykresu wartości: αkg = 1,85 oraz αks = 1,48	ρm = 0,58 R=2,5 Ρ=3,08 αkg = 1,85 αks = 1,48
	współczynnik wrażliwości materiału oraz współczynnik działania karbu: η=f(Zgo) odczytano wartość: η=0,89 Współczynnik działania karbu: βkg = 1+ η(αkg -1) = 1+0,89(1,85-1)=1,7565 βks = 1+ η(αks -1)= 1+0,89*0,48= 1,4272	η=0,89 βkg = 1,7565 βks = 1,598
	współczynnik stanu powierzchni: βp = f(Rr) odczytano wartości: βpg = 1,09 βps = 1,12	βpg = 1,09 βps = 1,12
	współczynnik sumaryczny spiętrzeń naprężeń: βg = [1+ η(αkg -1)*βpg] = 1,7565*1,09=1,915 βs = [1+ η(αks -1)*βps] = 1,4272*1,12=1,598	βg = 1,915 βs = 1,598
	współczynnik wielkości przedmiotu: γg=1,45 γs=1,36	γg=1,45 γs=1,36
d= 50 Mz=648,58[Nm] Ms=203,73[Nm] βg = 1,915 βs = 1,598 γg=1,45 γs=1,36 Zgo=280[MPa] Zso=170[MPa] Zsj=340[MPa] Qs= 260 [MPa]	współczynnik bezpieczeństwa: δag = τm = Xg = Xs = Xs = Wybieramy wyższą wartość współczynnika Xs. Zmęczeniowy współczynnik bezpieczeństwa wału: Xz = Wartość Xz musimy przyrównać do wartości obliczonej ze wzoru: Xzw = x1*x2*x3*x4 = 1,3*1,2*1,1*1,05=1,80 Xz > Xzw Warunek wytrzymałościowy pozostaje więc spełniony.	δag = 52,88 [MPa] τm = 4,15 [MPa] Xg=1,91 Xs=19,74 Xz=1,90 Xzw =1,80

---