10 Уточненный расчет валов

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1 Конструкция вала.

2 Материал и термообработка вала ( , , ).

3 Значения изгибающих и крутящих моментов в сечении вала.

4 Реверсивность передачи.

Уточненный расчет валов заключается в проверке валов на усталостную прочность, т.е. в определении запасов прочности в опасных сечениях.

1 Анализируя линию сечения вала, где приведенные напряжения равны допускаемым, а также принятые размеры вала (рисунок 10.1), можно сделать вывод, что потенциально слабыми сечениями вала являются сечения, обозначенные цифрами 1, 2, 3.

Выбранные сечения имеют параметры:

сечение 1 , , ;

сечение 2 , , ;

сечение 3 , , .

Рисунок 10.1 – Параметры вала для проверки на усталостную прочность

2. Для каждого выбранного сечения вала, следуя из его конструкции (рисунок 10.1), выбирается тип концентратора напряжений и по таблице 10.1 для этого типа концентратора выбираются значения коэффициентов концентрации напряжений по изгибу ( ) и по кручению ( ):

сечение 1 - , ; сечение 2 - , ; сечение 3 - , .

3. Коэффициент запаса прочности вала по нормальным напряжениям

,

где - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения, МПа (таблица 5.1);

- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПа,

;

где - изгибающий момент в рассмотренном сечении вала, Н·м;

- момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм³ (таблица 10.1);

- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе

,

где - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рисунок 10.1),

;

- коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рисунок 10.2);

- коэффициент влияния поверхности упрочнения (таблица 10.2).

4 Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

для реверсивной передачи

для нереверсивной передачи

,

где предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле кручения, МПа (таблица 5.1);

- амплитуда цикла напряжений кручения;

- постоянная составляющая напряжений кручения.

При реверсивной передаче

, МПа; .

При нереверсивной передаче

, МПа,

где - крутящий момент на валу, Н·м;

- момент сопротивления кручению с учетом ослабления вала, мм³ (таблица 10.1)

- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при кручении

,

где - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рисунок 10.2),

;

- коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рисунок 10.3);

- коэффициент влияния поверхности упрочнения (таблица 10.2).

- коэффициент, характеризующий чувствительность вала к асимметрии цикла изменения напряжений (таблица 10.3).

5 Общий запас сопротивления усталости

;

При невыполнении условия следует:

изменить конструкцию вала так, чтобы увеличился меньший из коэффициентов или ;

выбрать материал вала с более высокими механическими характеристиками;

увеличить диаметр вала.

1 – углеродистая сталь без концентрации напряжений; 2 – легированная сталь без концентрации напряжений и углеродистая сталь при концентрации напряжений ; 3 - легированная сталь с концентрацией напряжений

Рисунок 10.2 – График для определения

1 – шлифование тонкое ( - 0,32; 0,16); 2 – обточка чистовая ( - 2,5; 1,25; 0,63);

3 – обдирка ( - 20; 40; 80); 4 – необработанные поверхности с окалиной

Рисунок 10.3 – График для определения

Таблица 10.1 – Значения , , ,

					Эскиз	Момент сопротивления, мм3
	, МПа
Галтель при 0,02 0,06 0,10	2,50 1,85 1,60	3,50 2,00 1,64	1,80 1,40 1,25	2,10 1,53 1,35
Поперечное отверстие при 0,05...0,025	1,90	2,00	1,75	2,00
Выточка при 0,02 0,06 0,10	1,90 1,80 1,70	2,35 2,00 1,85	1,40 1,35 1,25	1,70 1,65 1,50
Шпоночный паз	1,75	2,00	1,50	1,90
Шлицы прямобочные	1,60	1,75	2,45	2,80
						Для шлице легкой серии ; средней ; тяжелой
Витки червяка	2,30	2,50	1,70	1,90
						- диаметр впадин червяка
Резьба	1,80	2,40	1,20	1,50
						- внутренний диаметр резьбы

Таблица 10.2 – Значение

Вид упрочнения поверхности вала	, МПа сердцевины	При концентрации напряжений
Закалка ТВЧ	600...800	1,6...1,7	2,4...2,6
Накатка роликом		1,3...1,5	1,6...2,0
Дробеструйный наклеп	600...150	1,5...1,6	1,7...2,1

Таблица 10.3 – Значения

Углеродистые стали: - с малым содержанием углерода - со средним содержанием углерода
Легированные стали