Материалы
Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Прямые валы и оси обычно изготовляют из углеродистых и легированных сталей, последние применяют, для высоконагруженных валов. Валы из легированных сталей обычно подвергают термообработке. При изготовлении вала-шестерни материал вала соответствует материалу шестерни. Заготовки валов и осей – это круглый прокат или специальные поковки.
3.
«Проектировочный расчет валов»
На практике используют следующий порядок расчета: предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета на кручение при пониженных допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, т.к. не известны расположения опор и места приложения нагрузок).
Напряжение кручения
=>
[τ] [тау] = 12…25 МПа – для редукторных валов.
2. после оценки диаметра вала разрабатывают его конструкцию.
3. выполняют проверочный расчет выбранной конструкции.
4.
«Проверочный расчет валов»
Расчет валов базируется на разделах курса сопромата.
Σ Ми(г) = 0 Σ Ми(в) = 0 Мкр =Ткр.
В схеме Мк — крутящий момент, возникающий в поперечных сечениях вала; FB и Fг — силы, действующие на вал в вертикальной и в горизонтальной плоскостях.
Расчетная схема валов: а — схема нагружения; б — эпюра изгибающего момента вертикальной плоскости; в — эпюра изгибающего момента в горизонтальной плоскости; г — эпюра крутящего момента; д — эскиз вала
1. По чертежу узла составляют расчетную схему (рис.9, а).
2. Определяют действующие на вал силы; если они действуют не в одной плоскости, то их необходимо разложить по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. При угле между плоскостями менее 30° все силы можно рассматривать как действующие в одной плоскости.
3. Определяют опорные реакции:
в
вертикальной плоскости
в
горизонтальной плоскости
.
4. Изгибающие моменты Ми и их эпюры:
в вертикальной плоскости — в сечении А и С Ми.в = 0;
в
сечении В
;
в горизонтальной плоскости — в сечении А и С Ми.г = 0;
в
сечении В
.
5. Суммарный изгибающий момент в сечении В
(9)
6. Определяют крутящий момент и строят эпюру (см. рис.9, г):
(10)
где
Р — мощность, Вт;
—
угловая скорость, рад/с.
7. По формуле (6) определяют эквивалентный момент, диаметр вала между опорами определяют по формуле
(11)
Полученное значение d округляют до ближайшего большего стандартного.
8. Определяют диаметры под подшипниками don (рис.9, д) и округляют до большего стандартного значения.
«Расчет на прочность»
На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное. Расчет на усталостную прочность является проверочным и заключается в определении коэффициента запаса прочности и в сравнении его с допускаемым значением прочности.
S ≥ [S]
При совместном действии напряжений кручения и изгиба сопротивления усталости определяют по формуле:
,
где
- запас сопротивления
усталости только по изгибу;
- запас сопротивления
усталости только по кручению.
σ-1 [сигма] и τ-1 [тау] – предел выносливости
для углеродистых сталей σ-1 ≈ 0,43 σв
для легированных сталей σ-1 ≈ 0,5 σв + (70÷100) МПа
τ-1 = 0,58 σ-1
σа [сигма] и τа [тау] – амплитуды переменных составляющих циклов напряжений,
Кσ и Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении (табличные значения),
σт и τт – постоянные составляющие
Wкр
= 0,2d3
Ψσ и Ψτ [пси] – коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости,
Кd и КF – масштабный фактор и фактор шероховатости поверхности (табличные значения).