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 = 0,8 [m] Stosunek: a:b:c = 1:2:3	1. Obliczenie długości odcinków wału: Odcinek a: Odcinek b: Odcinek c:
m= 4 z1 = 15 z2 = 30 z3 = 20 z4 = 40 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	b2 = 60 [mm] b3 = 40 [mm]
n = 3000 [obr/min] N = 64 [kW]	Obliczenie momentu obrotowego:
z1 = 15 z2 = 30	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=0,13(3)[m] x2=0,4[m] x3=l=0,8[m]	Obliczenia dla momentów gnących Obliczenia Mg w płaszczyźnie xz: (0) x1(0,C): x2(0,D): x3(0B): Wykres Mg w tej płaszczyźnie przedstawia rys nr1. Obliczenia Mg w płaszczyźnie xy: (0) x1(0,C): x2(0,D): x3(0B): Wykres Mg w tej płaszczyźnie przedstawia rys nr2. Obliczenia Mg wypadkowego: (0): x1(0,C): x2(0,D): x3(0B): 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,C): x2(0,D): x3(0B): 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 0,05 59,17 0,020033 0,1 118,34 0,02524 0,13 153,84 0,027547 0,2 576,81 0,042795 0,3 1205,34 0,054713 0,4 1833,88 0,062928 0,5 1375,41 0,057174 0,6 916,94 0,049946 0,7 458,47 0,039642 0,8 0 0 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)	s=6,5[mm] Pdop = 136 [MPa]
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] Zgi=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]	współczynnik bezpieczeństwa: δag = τm = Xg = Xs =	δag = 52,88 [MPa] τm = 4,15 [MPa]

---