3.1.2 Расчет вала на выносливость

Расчетные нагрузки представляются следующим:

1. Массы рабочего колеса и полумуфты, радиальная нагрузка на колесо постоянные по величине и направлению, они вызывают переменные нормальные напряжения в валу, изменяющиеся по симметричному циклу.

2. Изгибающий момент центробежных сил дисбаланса рабочего колеса и осевое усилие – неизменные в системе координат связанной с валом, вызывают в нем постоянные нормальные напряжения.

3. Крутящий момент, вызывающий касательные напряжения в сечении вала переменной величины из-за пульсирующего силового воздействия потока перекачиваемой жидкости на рабочее колесо.

Порядок расчета

1. Определяется изгибающий момент , Н∙м, вызывающий переменные нормальные напряжения по формуле:

(3.47)

где – изгибающий момент, вызывающий переменные нормальные напряжения; М^'_изz – изгибающий момент от постоянных по направлению нагрузок, действующий в вертикальной плоскости. Определяется по формуле:

- для консольного насоса:

(3.48)

где М_изу – изгибающий момент в горизонтальной плоскости от постоянных по направлению нагрузок.

Значения , , и (см. раздел 3.1.1).

- для насоса типа D

(3.49)

2. Определяется амплитудное значение цикла изменения нормальных напряжений, Па, по формуле:

(3.50)

3. Определяется величина, Па, постоянной составляющей цикла изменения нормальных напряжений по формуле:

(3.51)

Значение, входящих величин см. в разделах 3.1.1, 3.1.2.

4. Определяется величина переменной составляющей цикла касательных напряжений , Па, по формуле:

(3.52)

5. Определяются пределы выносливости, Па, гладких полированных валов из углеродистой стали по формулам:

(3.53)

(3.54)

где – предел выносливости по нормальным напряжением; – предел выносливости по касательным напряжением; – предел прочности.

6. Определяются допустимые пределы усталостной прочности, Па, и по формулам:

(3.55)

(3.56)

где и – допустимые коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений в опасных сечениях, определяемые по формуле:

(3.57)

(3.58)

где , – эффективные коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений в расчетном сечении. Они зависят от геометрии опасного сечения и предела прочности материала; выбираются по справочным таблицам (см. приложение); и – коэффициенты, учитывающие влияние абсолютных размеров (диаметра) вала на его выносливость. Для углеродистых сталей см. табл. 8. – коэффициент, характеризующий влияние окружающей среды и чистоты поверхности вала. Для углеродистой стали и чистовой обработке его можно рекомендовать:

для воздуха ………………0,95

для пресной воды ………..0,85

для морской воды………...0,55

Таблица 8 – Коэффициенты для углеродных сталей

,мм	20	30	40	50	70	100
	0,92	0,88	0,85	0,82	0,76	0,70
	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59

7. Рассчитываются коэффициенты запаса усталостной прочности в опасном сечении по формулам:

(3.59)

(3.60)

(3.61)

где – коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжением; – коэффициент запаса усталостной прочности по касательным напряжением; – коэффициент запаса усталостной прочности совместного действия нормальных и касательных напряжений; , – допустимые значения коэффициентов влияния асимметрии цикла, определяемые по формулам:

(3.62)

(3.63)

где и – коэффициенты влияния асимметрии цикла. Для сталей с пределом прочности ≤ 550∙10⁶ значения коэффициентов принимаются ; , а при Па, ; ; – постоянное значение касательных напряжений, определяемое по формуле:

(3.64)

8. Проверяется выполнение условий усталостной прочности:

, , ,

где – допустимое значение коэффициента усталостной прочности, величина которого составляет 1,5.