Находим радиальное усилие на колесе конической передачи и равное ему осевое усилие на шестерне конической передачи

.

4.4. Расчет вала на статическую прочность

Определение реакций опор в вертикальной плоскости.

В вертикальной плоскости на вал действуют: радиальное усилие , которое может быть перенесено в центр вала по линии действия, и осевое усилие , на коническом колесе. Расчетная схема представлена на рис.6.

Определяем реакцию опоры в точке А - .

,

откуда

Определяем реакцию опоры в точке В -

,

откуда

Проведем проверку равновесия балки в горизонтальной плоскости:

.

Находим изгибающие моменты на концентраторе напряжения – посадочное место под зубчатое колесо

;

при

,

при

.

Находим изгибающие моменты на концентраторе напряжения – посадочное место под подшипник

,

при

,

при

.

Определение реакций опор в горизонтальной плоскости.

В горизонтальной плоскости на вал действует окружное усилие

Определяем реакцию опоры в точке А - .

,

откуда

.

Определяем реакцию опоры в точке В -

,

откуда

.

Проведем проверку равновесия балки в вертикальной плоскости:

.

Находим изгибающие моменты на концентраторе напряжения – посадочное место под зубчатое колесо

,

при

,

при :

,

Находим изгибающие моменты на концентраторе напряжения – посадочное место под подшипник

,

при

,

при

,

Находим суммарный изгибающий момент :

,

.

Определяем приведенный момент , учитывающий совместное действие изгиба и кручения:

где - коэффициент, который учитывает, что нормальные напряжения изменяются по симметричному, а касательные напряжения – по пульсирующим циклам.

Из условия прочности вала на изгиб с кручением определяем диаметр в опасном сечении

;

где - допускаемое напряжение на изгиб по симметричному циклу. Для Стали 45 = 60, .

4.5. Конструирование вала

Конструкция вала и все конструктивные элементы представлены на рис 7.

Исходя из предварительного расчета, диаметр вала в опасном сечении принимаем 6 мм. Диаметры посадочных мест под подшипники принимаем равными 6 мм, диаметр посадочного места под зубчатое колесо открытой конической передачи увеличиваем до 8 мм. На посадочном месте под зубчатое колесо предусмотрено технологическое углубление для упора крепежного винта. Выходной конец вала уменьшаем до 5.5 мм, также он выполняется со шпоночным пазом. На валу предусмотрены проточки для стопорных колец, фиксирующих положение подшипников на валу.

4.6. Расчет вала на усталостную прочность

Выполняем расчет концевого участка выходного вала с концентратором напряжения – шпоночным пазом.

Так как на этом участке действуют только касательные напряжения, расчет по нормальным напряжениям не ведется. Запас усталостной прочности при учете только касательных напряжений , находится как