background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

Wojskowa Akademia 

Techniczna 

 

 

 

 

WAT 

Podstawy Konstrukcji Maszyn 

WMT 

Grupa szkoleniowa: 

A7X4S1 

Wykonawca: 

Paweł Dąbrowski

 

Data wykonania 

projektu: 

19.01.2009 

Data oddania: 

........................... 

Oceniający: 

dr inż. Zbigniew 

LECIEJEWSKI 

Ocena: 

............................ 

Temat projektu:

 

Konstrukcja wału

 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

I. Parametry zadane 
 

d

1

=250 mm=0,25 m 

d

2

=200 mm=0,2 m 

l

1

=50 mm=0,05 m 

l

2

=250 mm=0,25 m 

l=500 mm=0,5 m 
P

2

=100 kN 

P

1

=80 kN => 

α

1

=30° 

α

2

=60° 

Wał wykonany ze stali St5 ( stal węglowa 
konstrukcyjna zwykłej jakości ogólnego 
przeznaczenia k

go

=60 MPa, k

sj

=65 ) 

P

1

 obliczam z równowagi momentów 

obu kół zębatych: 

P ·

d

2

P ·

d

2

 

P

P ·

d
d

 

P

100 kN ·

0,2 m

0,25 m

80 kN 

 

 
Składowe sił P

1

 i P

2

P

P · sin 60°

100 kN ·

√3

2

50√3 kN

86,60254 kN 

P

P · cos 60°

100 kN ·

1
2

50 kN 

P

P · sin 30°

80 kN ·

1
2

40 kN 

P

P · cos 30°

80 kN ·

√3

2

40√3 kN

69,28203 kN 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

II. Obliczenia sił reakcji R

ay

,R

by

 oraz momentów gnących w wale 

w płaszczyźnie YOZ 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

a)  Obliczenia sił reakcji R

ay

,R

by

 

 

P

69,28203 kN                   P

50 kN 

 

R

P

P

R

0

 ΣM

P · l

P · l

l

R · l

0

 

 
Wyznaczam i obliczam R

by

 z równania drugiego, zatem: 

 

R

P · l

l

P · l

l

50 kN · 0,3 m

69,28203 kN · 0,05 m

0,5  m

23,0717 kN 

 
Z równania pierwszego wyznaczam i obliczam R

ay

 

R

P

P

R

69,28203 kN

50 kN

23,0717 kN

42,35373 kN 

 
 

,

 

                 

,

 

 

 

b)  Obliczanie momentów gnących w wale 

 
- dla 0 ≤ z ≤ l

1

 

 
      M

z

R · z

42,35373 kN · z 

 
- dla l 

1

≤  z  ≤  (l

1

+ l

2

 

 

       M

z

R · z

P · z

l

42,35373 kN · z

69,28203 kN · z

0,05 m  

 
- dla (l

1

+ l

2

) ≤  z  ≤  l 

 
       M

z

R · z

P · z

l

P · z

l

l

 

                 

42,35373 kN · z

69,28203 kN · z

0,05 m

50 kN · z

0,3 m  

 
 
Wartość momentu gnącego w punktach wału l

1

 i (l

1

+l

2

 
M

l

R · l

42,35373 kN · 0,05 m

2,11787 kN · m 

 
M

l

l

R · l

l

P · l

l

l

 

                      

42,35373 kN · 0,3 m

69,28203 kN · 0,25 m

4,61439 kN · m 

 

,

 

·                  

,

 

·  

 
 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

 
 

II. Obliczenia sił reakcji R

ax

,R

bx

 oraz momentów gnących w wale 

w płaszczyźnie XOZ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

 

a)  Obliczenia sił reakcji R

ax

,R

bx

 

 

P

40 kN                    P

86,60254 kN 

 

R

P

P

R

0

 ΣM

P · l

P · l

l

R · l

0

 

 
Wyznaczam i obliczam R

bx

 z równania drugiego, zatem: 

 

R

P · l

l

P · l

l

86,60254 kN · 0,3 m

40 kN · 0,05 m

0,5  m

47,96152 kN 

 
Z równania pierwszego wyznaczam i obliczam R

ax

 

R

P

P

R

40 kN

86,60254 kN

47,96152 kN

1,35898 kN 

 
 

,

 

                 

,

 

 

 

b)  Obliczanie momentów gnących w wale 

 
- dla 0 ≤ z ≤ l

1

 

 
      M

z

R · z

1,35898 kN · z 

 
- dla l 

1

≤  z  ≤  (l

1

+ l

2

 

 

       M

z

R · z

P · z

l

1,35898 kN · z

40 kN · z

0,05 m  

 
- dla (l

1

+ l

2

) ≤  z  ≤  l 

 
       M

z

R · z

P · z

l

P · z

l

l

 

                     

1,35898 kN · z

40 kN · z

0,05 m

86,60254 kN · z

0,3 m  

 
Wartość momentu gnącego w punktach wału l

1

 i (l

1

+l

2

 
M

l

R · l

1,35898  kN · 0,05 m

0,06795 kN · m 

 
M

l

l

R · l

l

P · l

l

l

 

                        

1,35898 kN · 0,3 m

40 kN · 0,25 m

9,59231 kN · m 

 
 

,

 

·                  

,

 

·  

 
 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

III. Obliczenia wypadkowych sił reakcji R

a

,R

b

 oraz wypadkowych 

momentów gnących w punktach l

1

 i (l

1

+l

2

) odpowiednio M

g1

,M

g2

 

 

R

42,35373 kN                 R

23,0717 kN 

R

1,35898 kN                 R

47,96152 kN 

 

R

R

R

42,35373 kN

1,35898 kN

42,37553 kN 

R

R

R

23,0717 kN

47,96152 kN

53,22228 kN 

 

M

2,11787 kN · m              M

4,61439 kN · m 

M

0,06795 kN · m            M

9,59231 kN · m 

 

M

M

M

2,11787 kN · m

0,06795 kN · m

 

                                                       

2,11896 kN · m 

M

M

M

4,61439 kN · m

9,59231 kN · m

 

                                                       

10,64448 kN · m 

 

IV. Obliczenia wytrzymałościowe i wyznaczenie średnic wału 

 
Zakładam obustronne zginanie wału i jednostronne skręcanie. 
Na wał pomiędzy przekrojem l

1

 i (l

1

+l

2

) działa moment skręcający: 

 

M

P ·

d

2

P ·

d

2

10 kN · m 

Kolejnym etapem jest obliczenie wsp. redukcyjnego α ( obustronne zginanie wału i 
jednostronne skręcanie ): 
 

α

k

k

60 MPa
65 MPa

0,9231

 

Obliczam momenty zastępcze zgodnie ze wzorem: 
 

M

M

α
2

M  

M

M

0,46155 · M

2,11896 kN · m

0,46155 · 10 kN · m

7,11653 kN · m 

M

M

0,46155 · M

10,64448 kN · m

0,46155 · 10 kN · m

12,62775 kN · m 

 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 

 
 
Średnicę pełnego wału obliczam z wzoru: 

d

10M

k

 

d

10M

k

10 · 7116,53 N · m

60 000 000 Pa

0,105853611 m

106 mm 

d

10M

k

10 · 12627,75 N · m

60 000 000 Pa

0,128151858 m

128,2 mm 

 
Konieczne jest sprawdzenie warunku wytrzymałościowego: 
 

k

go

60 MPa 

 

σ

M
W

32M

πd

k  

d

1

 

σ

32M

πd

k  

32 · 7116,53  N · 10  mm

π

  106 mm

60,86264109 MPa

60 MPa 

 
A więc warunek wytrzymałościowy nie jest spełniony, średnicę należy zwiększyć 
 

32M

z1

π k

go

d  

 

32 · 7116,53 N · 10

3

 mm

π 

60 MPa

106,5055844 mm

,  mm

d

 

 

d

2

 

32M

πd

k  

32 · 12627,75 N · 10  mm

π

 

128,2

 mm

61,04667373 MPa

60 MPa 

 
 
 

background image

Wojskowa Akademia Techniczna 

Wydział Mechatroniki 

 
A więc warunek wytrzymałościowy nie jest spełniony, średnicę należy zwiększyć 
 

32M

z2

π k

go

d  

 

32 · 12627,75 N · 10

3

 mm

π 

60 MPa

128,941171

 mm

d  

  

A więc ostatecznie dla projektowanego wału: