 |
Приближенный расчет валов на прочность
|
|
|
|
Валы и оси. Материалы валов и осей
Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вращающего момента.
Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания установленных на ней деталей.
Основными критериями работоспособности валов и осей являются жесткость, объемная прочность и износостойкость при относительных микроперемещениях, которые вызывают коррозию.
В качестве материала для осей и валов чаще всего применяют углеродистые и легированные стали (прокат, поковка и реже стальные отливки), так как они обладают высокой прочностью, способностью к поверхностному и объемному упрочнению, легко получаются прокаткой цилиндрические заготовки и хорошо обрабатываются на станках, а также высокопрочный модифицированный чугун и сплавы цветных металлов (в приборостроении). Для неответственных малонагруженных конструкций валов и осей применяют углеродистые стали без термической обработки. Ответственные тяжело нагруженные валы изготовляют из легированной стали 40ХНМА, 25ХГТ и др. Без термической обработки применяют стали 35 и 40, Ст5, Стб, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА, с термической обработкой — стали 45, 50 и др.
Шейки валов, работающие на трение в подшипниках скольжения, должны иметь более твердую поверхность (НRС=50-60), что может быть достигнуто применением закалки TBЧ или цементации и закалки.
При небольших диаметрах зубчатых колес вал и шестерню выполняют как одно целое. В этом случае материал для изготовления вала-шестерни выбирают в соответствии с требованиями, предъявляемыми к материалу шестерни.
|
|
|
Механическую обработку валов обычно производят в центрах, для чего заготовки валов снабжают центровыми отверстиями. Канавки, галтели, шпоночные пазы на одном валу желательно иметь одинаковых размеров, чтобы обработать их одним и тем же инструментом.
В автомобильной и тракторной промышленности коленчатые валы двигателей изготавливают из ковкого или высокопрочного чугуна.
54. Последовательность расчета валов.
Определяем диаметр вых. Конца вала
Определяем диаметр вала под уплотнение и lупл.
Выбираем подшипник крышку
Расчитываем диаметр вала под шестерню/колесо
Диаметр вала под подшипник
Строим эпюры изгибающих моментов
Выполняем расчет на изгиб и кручение
Выбираем опасное сечение и находим dвала
Ориентировочный расчет
Приближенный расчет валов на прочность
При этом методе расчета различие характера циклов изменения нормальных и касательных напряжений и их влияние на прочность не учитывают.
В зависимости от действия нагрузок возможны два случая приближенного расчета валов на прочность: расчет только на кручение и расчет на совместное действие кручения и изгиба.
Приближенный расчет выполняют как проектировочный, на основе которого ориентировочно устанавливают диаметры характерных сечений вала с последующим уточнением коэффициентов запаса прочности по выносливости (уточненный расчет см. ниже).
Расчет валов на кручение.
При этом расчете обычно определяют диаметр выходного конца вала или диаметр вала под подшипником (под опорой), который испытывает только кручение.
Исходя из условия прочности (1) выполняют проектировочный расчет
(5)
и проверочный расчет
(6)
где d — расчетный диаметр вала; Мк — крутящий момент вопасном сечении вала; 
и 
— расчетное и допускаемое напряжения кручения в опасном сечении вала (для сталей 45 и Ст5 = 25 ÷ 35 МПа).
|
|
|
Расчет валов на совместное действие кручения и изгиба.
Участок вала между опорами (под шестерней, колесом и т.п.) рассчитывают на совместное действие кручения и изгиба по эквивалентному моменту Мэкв.
Эквивалентный момент вычисляют обычно по формуле (при расчете по теории максимальных касательных напряжений):
(7)
где Ми и Мк — изгибающий и крутящий моменты.
По аналогии с рассмотренными выше случаями расчета выполняют:
проектировочный расчет
(8)
и проверочный расчет
(9)
где 
— эквивалентное напряжение для расчетного сечения вала.
Получив расчетным путем размеры, с учетом технологии изготовления проектируют конструктивную форму вала.
Приближенный расчет на совместное действие кручения и изгиба для неответственных конструкций валов можно считать основным. Уточненный расчет на выносливость можно не производить, если соблюдается условие
(9а)
где 
— предел выносливости материала при изгибе (симметричный цикл); Kd — масштабный коэффициент; 
— эффективный коэффициент концентрации напряжений в опасном сечении; 
— допускаемый коэффициент запаса прочности по выносливости.
|
|
|
