Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
II Элементы, обеспечивающие вращательное
движение
Вращательное движение обеспечивается с помощью валов, осей и подшипников.
7. Валы и оси
7.1 Общие сведения
Изделие в машиностроении не простая совокупность узлов и деталей. В собранном изделии детали находятся во взаимосвязи и взаимозависимости, которые определяют качественные характеристики изделия.
Валы и оси являются весьма ответственными деталями, чрезмерные деформации и поломки которых могут привести к разрушению машины в целом. Поэтому при конструировании необходимо знание их критериев работоспособности, методов расчета валов и осей, правил и норм проектирования подтвержденных статистикой эксплуатации.
Вал – элемент конструкции, предназначенный для передачи крутящего момента, и закрепления на нем вращающихся деталей: зубчатых колес, шкивов, звездочек и т.д.
Валы работают на изгиб с кручением.
Оси предназначены для закрепления на них вращающихся деталей, крутящий момент они не передают.
Оси работают только на изгиб.
Валы и оси крепятся в опорах подшипников вращения и качения.
вал ось
Классификация валов и осей
Сплошные;
Материалы валов и осей
Для редукторов общемашиностроительного назначения применяют термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали 45 и 40Х.
Для быстроходных валов, вращающихся в подшипниках скольжения применяют стали 20Х, 12ХН3А, 18ХГТ. Цапфы (опорные поверхности) этих валов цементуют для повышения износостойкости.
7.2 Проектный расчет валов
При проектном расчете определяют размеры и материал вала.
Исходными данными при проектном расчете являются: крутящий момент или мощность .
1. Определяют наименьший допустимый диаметр вала из условия прочности на кручение:
,
- допускаемое напряжение кручения (для стали).
Если известны размеры вала, с которым сопрягается проектируемый вал (например, с валом электродвигателя), то наименьший диаметр вала можно принять равным или близким к диаметру вала электродвигателя
d = (0,8…1,2) dЭ.
2. Разрабатывают конструкцию вала.
7.3 Проверочный расчет валов
Существуют следующие виды проверочных расчетов:
Расчёт валов и осей на усталостную прочность
При проверочном расчете учитываются все факторы, влияющие на усталостную прочность – это размеры вала, его обработка, концентраторы напряжений и.т.д.
Последовательность расчёта:
- вал изображают схематично с указанием длин участков (границами участков являются места приложения внешних нагрузок и места расположения опор);
- указывают направления действия реакций в опорах (подшипниках);
Расчетная схема вала с эпюрами внутренних силовых факторов
- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям, зависящие от материала и конструктивных особенностей вала
- пределы выносливости материалов по нормальным и касательным напряжениям при симметричном цикле нагружений;
- соответственно, амплитудное и среднее значения нормальных напряжений;
При определении полагают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, тогда
- при симметричном цикле нагружения.
- амплитудное и среднее значения касательных напряжений (напряжений кручения).
При определении полагают, что касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу.
- коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений - определяются по справочнику в зависимости от вида концентратора напряжения.
Концентраторы напряжений:
ступень выточка шпоночный паз
- масштабные факторы, учитывающие отличие проверочного диаметра вала от размера образца, для которого получены .
- фактор шероховатости поверхности – зависит от качества обработки поверхности вала.
- коэффициенты, учитывающие чувствительность материала к асиметрии циклов нагружения - зависят от механических свойств материала.
Для среднеуглеродистых сталей ; .
Условие работоспособности вала (усталостной прочности):
S>[S]=1,5..2.
Если S<[S], – необходимо изменить размеры, материалы, термообработку.
Если S>10, - (материал недоиспользуется) надо уменьшить размеры или взять менее прочный материал.
7.4 Расчет валов на статическую прочность
Проводят в целях предупреждения пластических деформаций при действии кратковременных перегрузок (например, при пуске, разгоне, реверсировании, торможении, срабатывании предохранительного устройства).
Для расчетов используют зависимость:
,
где - коэффициент перегрузки;
- допускаемое максимальное напряжение.
7.5 Проектный и проверочный расчет осей
В отличие от валов оси не работают на кручение и испытывают только деформацию изгиба.
Проектный расчет проводят в следующей последовательности:
Из условия прочности находим:
- наименьший диаметр оси.
Проверочные расчеты осей проводятся по тем же зависимостям, что для валов. При этом учитывают, что напряжения кручения = 0.