Расчет валов на прочность.
Основными нагрузками на валы являются силы от передач. Силы на валы передают через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колеса, шкивы, полумуфты. При расчетах принимают, что насаженные на вал детали передают силы и моменты валу на середине своей ширины. Под действием постоянных по значению и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу.
Выполняют расчеты валов на статическую прочность и на сопротивление усталости. Расчет проводят в следующей последовательности: по чертежу сборочной единицы вала составляют расчетную схему, на которую наносят все внешние силы, нагружающие вал, приводя плоскости их действия к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (горизонтальной X и вертикальной Y). Затем определяются реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этих же плоскостях строят эпюры изгибающих моментов Mx и My, отдельно эпюру крутящего момента Мк. Предположительно устанавливают опасные сечения исходя из эпюр моментов, размеров сечений вала и концентратов напряжений. Проверяют прочность вала в опасных сечениях.
Расчет на статическую прочность.
Проверку статической прочности выполняют в целях предупреждения пластических деформаций в период действия кратковременных перегрузок (например, при пуске, разгоне, реверсировании, торможении, срабатывании предохранительного устройства).
Величина перегрузки зависит от конструкции передачи (привода). Так, при наличии предохранительной муфты величину перегрузки определяет момент, при котором эта муфта срабатывает. При отсутствии предохранительной муфты возможную перегрузку условно принимают равной перегрузке при пуске приводного электродвигателя.
В расчете используют коэффициент перегрузки
Кп=Тmax/Т ,
где Тmax - максимальный кратковременно действующий вращающий момент (момент перегрузки); Т – номинальный вращающийся момент.
В расчете определяют нормальные и касательные напряжения в рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:
;
;
Где
- суммарный изгибающий момент, Н*м;
Mkmax=Тmax=KпT- крутящий момент, Н*м;
Fmax=KnF - осевая сила, Н;
W и Wk–сопротивления сечения вала при расчете не изгиб и кручение,мм3;
А –площадь поперечного сечения, мм2
Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям (пределы текучести σт и τт материала см. табл. 1)
Таблица 1.
Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений
Статическую прочность считают обеспеченной, если ST>[ST] , где [ST]=1,3- минимально допустимое значение общего коэффициента запаса по текучести(назначают в зависимомти от ответственности конструкции и последствий разрушения вала, точности определения нагрузок и напряжений, уровя технологии изготовления и контроля).
Моменты сопротивления W при изгибе, Wk при кручении и площадь А вычисляют по нетто-сечению:
Для сплошного круглово сечения диаметром D:
Для полого круглого сечения(рис.12.а):
Где w=1-(d/D)4 – коэффициент пересчета:
Для вала с прямобочными шлицами (рис.12.б.):
Для вала с одним шпоночным пазом( рис.12.в):
Значения моментов сопротивления приведены в ГОСТах(например ГОСТ 6033-80, ГОСТ 1139-80, ГОСТ 23360-78)
Рис.12.