3.5. Валы и опоры валов

Валы и оси. Валы и оси предназначены для установки на них вращающихся элементов механических передач, таких как зубчатые колеса, шкивы и др. Оси воспринимают только изгибающие нагрузки, а валы работают на кручение и изгиб.

Условие прочности осей: ,

где М_и – изгибающий момент, действующий в опасном сечении, W_и – момент сопротивления опасного сечения изгиба.

Проектирование валов включает следующие этапы:

• ориентировочный расчет (на кручение)

• эскизная проработка конструкции;

• проверочный расчет на выносливость (циклическую прочность).

Суть ориентировочного расчета состоит в определении диаметра вала из условия прочности на кручение.

,

где Т - крутящий момент на валу;

- допускаемое напряжение на кручение.

Суть проверочного расчета вала на выносливость (усталость) состоит в определении коэффициента запаса прочности (n_i) в опасных сечениях, величины которых сравнивают с допускаемыми значениями [n].

Опоры. Различают опоры поступательного (направляющие) и вращательного (подшипники) движения. По типу трения их разделяют на подшипники скольжения и качения.

Подшипник скольжения состоит из корпуса, шейки вала и вкладыша, выполняемого из антифрикционного материала (рис.3.14). Подшипники качения (рис.3.15) состоят из наружного и внутреннего колец и тел качения. По

виду тел качения различают шариковые, роликовые и игольчатые подшипники. В зависимости от характера воспринимаемых нагрузок подшипники качения делятся на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.

Рис.3.14

По несущей способности подшипники делят на серии: сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю, тяжелую. По осевым размерам различают узкие, нормальные и широкие подшипники. Все типы подшипников качения унифицированы.

Рис.3.15

Проверочный расчет подшипников качения состоит в определении нагрузочной способности:

,

где Q_усл – приведенная нагрузка на подшипник; L – долговечность (ресурс); 1/а – коэффициент, учитывающий вид тел качения (для шариковых подшипников - 1/3, для роликовых – 0,3).

Для радиальных и радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников приведенную нагрузку Q_усл определяют из выражения:

,

где R– суммарная опорная реакция, радиальная сила; А – осевая нагрузка; К_Б – коэффициент безопасности, учитывающий динамические нагрузки; К_т – температурный коэффициент; Х, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок соответственно.

3.6. Муфты

Муфтами называют устройства, служащие для соединения валов между собой. Муфты предназначены для передачи крутящего момента и компенсации линейных и угловых рассогласований осей валов. Муфты по принципу действия и назначению делят на глухие, компенсирующие, упругие, сцепные и предохранительные. Муфты широкого применения нормализованы и подбираются по крутящему моменту и диаметру соединяемых валов.