17

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Р А С Ч Е Т В А Л А

Методические указания

к лабораторно-практическим занятиям для студентов,

изучающих дисциплины: «Механика», «Техническая

механика», «Детали машин и основы конструирования».

Новочеркасск

2003

УДК 621.824.001.24 (076.5)

ББК 34.44

Б. 68

Рецензенты: д-р техн. наук В.Т. Логинов

д-р техн. наук Б.Г. Гасанов

Благовестный А.С., Мусиенко С.С

Б 68 Расчет вала: Методические указания к лабораторно-практическим занятиям для студентов, изучающих дисциплины: «Механика», «Техническая механика», «Детали машин и основы конструирования» / Юж.- Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. – 17с

Изложены основы расчета и конструирования валов с использованием большого количества справочного материала, приведен пример расчета. Предназначены для студентов специальностей 0718, 0720, 0804, 1012, 1013, 1108, 1201, 1206, 1211, 1502, 1509, 1705, 1706, 1709, 2103, 2301, 2404, 2814. Могут быть использованы при курсовом проектировании.

УДК 621.824.001.24 (076.5)

© Южно-Российский государственный

технический университет, 2003

©  Благовестный А. С., Мусиенко С.С., 2003

Р А С Ч Е Т В А Л А

Цель занятия: Изучение методики расчета валов механизмов и машин различного назначения, ознакомление с действующей нормативно-технической документацией.

Оборудование и принадлежности: калькулятор для инженерных расчетов, лист миллиметровой бумаги формата А4, карандаш.

Исходные данные:

передаваемая валом мощность Р, кВт;

угловая скорость вала ω, рад/с;

наименование и марка материала вала;

эскиз вала.

1. Общие положения

Обычно расчет вала выполняют в следующей последовательности:

1.1. Составляют эскиз вала, исходя из приложенных к нему внешних нагрузок (сил и моментов) и габаритов сборочной единицы, в которой проектируемый вал должен быть установлен. На эскизе указывают предварительно выбранные диаметры и длины отдельных участков, полную длину вала, уточняют вид и расположение опор, а также расстояние между ними [1, 2].

1.2. Составляют схему нагружения вала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (горизонтальной X и вертикальной Y), представляя его как балку, шарнирно закрепленную в двух жестких опорах. При этом считают, что установленные на вал детали передают силы и моменты на середине своей ширины, а точки приложения реакций в опорах зависят от типа подшипников и схемы их установки [1, 3, 4].

1.3. По правилам, известным из курса «Сопротивление материалов», определяют реакции опор, строят эпюры изгибающих моментов в каждой плоскости, и отдельно - эпюру крутящего момента. На основании эпюр намечают положение опасных сечений, учитывая при этом диаметры вала и влияние концентраторов напряжений [1,3].

1.4. Проверяют статическую прочность вала и выполняют расчет на сопротивление усталости [1,3].

1.5. В случае если запас прочности в опасном сечении получается близким к минимально допустимому, а также при применении подшипников и передач, чувствительных к деформациям, выполняют расчет вала на жесткость [3,4].

Внешние нагрузки передаются на валы через установленные на них детали, поэтому величины нагрузок определяют при расчете этих деталей.

Нагрузку F_м, Н, от муфты на выходной конец вала предварительно (до уточнения типа муфты) можно принимать

F_м = ,

где T – вращающий момент на валу, Н·м.

Если тип устанавливаемого на выходном конце вала устройства неизвестен, для редукторов многоцелевого назначения рекомендуется принимать следующие величины консольных нагрузок F_к, Н:

быстроходные валы: F_к = ,

тихоходные валы

одноступенчатые редукторы F_к = ,

многоступенчатые редукторы F_к = ,

где Т_Б и Т_Т – соответственно вращающие моменты на быстроходном и тихоходном валах, Н·м.

Для радиальных подшипников качения точка приложения реакции расположена на середине ширины подшипника, для радиально-упорных подшипников расстояние a, мм, между точкой приложения реакции и торцом подшипника можно определить по формулам [1]:

подшипники шариковые радиально-упорные однорядные

a = ;

подшипники роликовые конические однорядные

a = ,

где B – ширина кольца, мм;

d – внутренний диаметр подшипника, мм;

D – наружный диаметр подшипника, мм;

α – угол контакта, град;

T – монтажная высота подшипника, мм;

e – коэффициент осевого нагружения.

Расстояние l_p, мм, между точками приложения радиальных реакций при установке радиально-упорных подшипников:

«враспор» l_р = l_п – 2a;

«врастяжку» l_р = l_п + 2a,

где l_п - расстояние между торцами наружных колец подшипников, мм.

У валов, вращающихся в несамоустанавливающихся подшипниках скольжения, точку приложения реакции располагают на расстоянии (0,25…0,3) · l_под от внутреннего торца подшипника, где l_под – длина вкладыша подшипника скольжения [4, 5].

Основным расчетом для валов является расчет на сопротивление усталости. Кроме этого обычно проводят проверку статической прочности вала в целях предупреждения пластических деформаций и разрушений при перегрузках (например, от воздействия пускового момента электродвигателя), при необходимости выполняют также расчет на жесткость.