3.2. Проверочный расчёт валов

Отказ вала возможен из-за усталостного повреждения или пластической деформации при кратковременных перегрузках.

Проведён проверочный расчёт выходного по критерию усталостной прочности:

s = (s_ s_) / (s²_ + s²_) ^½  [s], (9)

где коэффициент запаса по касательным напряжениям

s_ = _-1/ (_a К_Д + _ _m),

коэффициент запаса по нормальным напряжениям

s_ =  _-1 / (_a К_Д + __m);

[s] – нормативный коэффициент запаса; принимается обычно в пределах в пределах [s] = 1,5 ...2,5 в зависимости от типа машины, требований к безопасности работы и принятой расчётной схемы.

При определении амплитудных значений _a и _a и средний значений _m и _m принимается цикл нормальных переменных напряжений симметричным, а цикл касательных напряжений – отнулевым:

_m= 0, _a= М_/ W_z,

_a = _m = 0,5М_х/ W_Р, (10)

Значение суммарного изгибающего момента М_ в любом сечении вала принималось равным М_ = (М_y²+ М_z²) ^½. Эпюры моментов М_y и М_z показаны на рис. 7, а суммарного изгибающего М_ и крутящего момента М_х – на рис. 8.

Коэффициенты _ и _ сталей зависят от материала. Приняты для стали 40 нормализованной значения _=0,1, _ = 0,05.

Значения предела выносливости оценивалось по формуле

 _-1  (0,55 – 0,0001_в)_в = …………………… = …… МПа;

 _-1  0,55 …0,65 _-1 = ……………… = …… МПа. (11)

Коэффициентами К_Д и К_Д учитывают влияние конструктивных и технологических факторов на предел выносливости деталей по сравнению с образцами, изготовленными из материалов, сходных по химическому составу и основным прочностным характеристикам:

К_Д = (К_/ К_d + 1/ К_F – 1)/(К_V К_А), (12)

К_Д = (К_/ К_d + 1/ К_F – 1)/(К_V К_А).

К_ =  _-1 /  _-1К  1 – эффективный коэффициент концентрации;

К_d =  _-1Д /  _-1  1 – масштабный коэффициент учитывает снижение предела выносливости образцов крупных размеров по сравнению с образцами диаметром 7 ... 10 мм;

К_F – коэффициент качества поверхности детали;

К_V – коэффициент поверхностного упрочнения (поверхностный наклёп, поверхностная закалка, цементация, азотирование и др., создающие в поверхностном слое напряжения сжатия при изготовлении детали);

К_А – коэффициент анизотропии материала и размеров заготовки; значения коэффициентов К_V и К_А приняты равными единице.

Согласно значениям М_ и М_х расчёт выполнен для наиболее нагруженного сечения вала в т. ….: М_ = …….. Нм, М_х= …….. Нм.

В этом сечение концентрация напряжений создаётся

– галтельным переходом радиуса;

– шпоночным пазом;

– посадкой с натягом.

Значение коэффициентов К_ и К_ принимались в случае галтельного перехода при r = 2,5 мм по [4, таблица 10], в случае шпоночного паза – по [4, таблица 11]. Отношение К_ / К_d и К_/ К_d в случае посадки с натягом принималось по [4, таблица 13].

Значения К _d и К_d приняты по [4, таблица 12]; К _F и К_F – по таблице [4, таблица 14].

Результаты проверочного расчёта представлены в таблице 9.

Таблица 9