 |
Классификация валов и осей
|
|
|
|
Виды валов:
1) коренные,
2) шпиндели,
3)трансмиссионные.
По форме геометрической оси валы бывают:
1) прямые, 2) коленчатые; 3)гибкие.
По типу сечения валы бывают:
1) сплошные; 2) полые.
Оси бывают вращающиеся и неподвижные.
Прямые валы и оси изготавливают гладкими или ступенчатыми. Образование ступеней связано с различной напряженностью отдельных сечений, а также с условиями изготовления и сборки.
Материалы, применяемые для изготовления валов и осей
Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали. Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряжённых валов ответственных машин применяют легированные стали 40ХН, 20Х, 12ХНЗА. Для осей обычно применяют сталь углеродистую обыкновенного качества. Заготовки валов и осей – это круглый прокат или специальные поковки.
Конструктивные элементы валов и осей
Опорная часть вала или оси называется цапфой (рис.3.1.1).
Шипом 1 называется цапфа, расположенная на конце вала и передающая преимущественно радиальную нагрузку.
Шейкой 2 называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси.
Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими, сферическими.
Рисунок 3.1.1 Конструктивные элементы вала
Опорами для шипов и шеек служат подшипники.
Пятой рис. 3.1.2.а, 3.1.2.б называют цапфу, передающую осевую нагрузку.
Опорной частью для пяты является подпятник рис.3.1.2.в.
Рисунок 3.1.2 Пяты
Кольцевое утолщения вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком (рис.3.1.3).
|
|
|
Рисунок 3.1.3
Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечником (рис. 3.1.4).
Рисунок 3.1.4
Переходные участки между двумя ступенями валов выполняют канавкой (поднутрением) или галтелью (рис. 3.1.5).
Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью рис. 3.1.5.б. Галтель вала, углубленную за плоскую часть заплечника, называют поднутрением рис. 3.15.а. Галтели способствуют снижению концентрации напряжений.
Рисунок 3.1.5 переходные участки вала
Рекомендации по конструированию валов и осей
Валы и оси следует конструировать по возможности гладкими с минимальным числом уступов. Каждая насаживаемая на вал или ось деталь должна свободно проходить до своей посадочной поверхности. Торцы валов и осей и их уступы выполняют с фасками (рис.3.1.2, 3.1.4) для удобства насадки деталей. Для увеличения изгибной жесткости валов и осей насаживаемые детали располагают ближе к опорам. Для повышения несущей способности валов и осей их поверхность подвергают упрочнению.
Критерии работоспособности валов и осей
Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основным критерием их работоспособности являются сопротивление усталости и жесткость. Сопротивление усталости оценивается коэффициентом запаса прочности, а жесткость – прогибом в местах посадки деталей и углами закручивания сечений. Практикой установлено, что основной вид разрушения валов и осей быстроходных машин носит усталостный характер. Расчетными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты.
Тема 10.2. Расчеты валов и осей
В результате изучения студент должен знать:
- виды расчетов валов и осей;
- составлять расчетную схему;
- выполнять расчеты валов и осей на прочность и жесткость.
|
|
|
Содержание лекции
Расчёты валов и осей
Алгоритм проверочного расчета вала
Расчёты валов и осей
Основным критерием работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Расчёт валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).
Проектировочный расчёт вала выполняют как условный расчёт только на кручение для ориентировочного определения посадочных диаметров. Исходя из условия прочности на кручение
получим формулу проектировочного расчёта
где Мk – крутящий момент в расчётном сечении, Н*м; 
Н/мм2 – допускаемое напряжение при кручении
Проверочный расчет для валов - расчёт на сопротивление усталости - является основным расчётом на прочность. Основными нагрузками на валы являются силы от передач через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колёса, звёздочки, шкивы. Проверочный расчет вала производится с применением гипотез прочности.Условие прочности в этом случае имеет вид:
где Мэкв — так называемый эквивалентный момент.
При гипотезе наибольших касательных напряжений (иначе — третья гипотеза)
При гипотезе потенциальной энергии формоизменения (иначе — пятая гипотеза)
где в обеих формулах Мк и М„ — соответственно крутящий и суммарный изгибающий моменты в рассматриваемом сечении вала. Числовое значение суммарного изгибающего момента равно геометрической сумме изгибающих моментов, возникающих в данном сечении от вертикально и горизонтально действующих внешних сил, т. е.
При проектировочном расчёте оси ее рассматривают как балку, свободно лежащую на опорах и нагруженную сосредоточенными словами, вызывающими изгиб. Устанавливают опасное сечение, для которого требуемый диаметр оси определяют из условия прочности на изгиб
откуда 
где Ми – максимальный изгибающий момент, Н*м;
- допускаемое напряжение изгиба, Н/мм2.
Выбор допускаемых напряжений . Оси изготовляемые из среднеуглеродистых сталей 
Во вращающихся осях 
Проверочный расчёт осей - частный случай расчёта валов при крутящем моменте Мк = 0.
|
|
|
