3

Содержание

расчет)…………………………………………………………………………. 7

4

Введение

Валы служат для передачи крутящих моментов и для поддержания вращающихся вместе с ними относительно подшипников различных деталей машин, посредством которых валом передается крутящий момент. Валы воспринимают от этих деталей поперечные нагрузки и поэтому работают, кроме кручения, и на изгиб. При действии на установленные на валах детали (конические зубчатые колеса, червячные колеса и т.д.) осевых нагрузок валы дополнительно работают на растяжение или сжатие. Пример вала - вал коробки перемены передач автомобиля или трактора .

Оси в отличие от валов не передают крутящего момента и предназначены только для поддержания вращающихся вместе с ними или на них различных деталей машин. Оси воспринимают нагрузку от этих деталей и работают на изгиб, т. е. являются как бы частной разновидностью валов, не подверженных кручению. Пример оси - ось, на которой крепятся колеса автомобильного прицепа.

В данных методических указаниях приведена методика расчета валов на прочность и жесткость, рекомендуемая при разработке курсового проекта по деталям машин.

6

При отсутствии осевой силы напряжения изгиба изменяются в этом случае по знакопеременному симметричному циклу (рис. 1, б).

Действующие на вал нагрузки постоянного направления возникают в зубчатых, червячных, цепных и ременных передачах.

Поскольку напряжения в валах имеют циклически изменяющийся характер, основным критерием их прочности является выносливость материала в зоне наибольшей концентрации напряжений.

Для расчета валов на выносливость необходимо знать их конструкции и размеры. Так как эти параметры могут быть определены при расчете на статическую прочность, то при проектировании валов для определения размеров и принятия соответствующей конструкции их рассчитывают сначала на статическую прочность, а затем окончательно на выносливость.

В свою очередь расчет на статическую прочность может быть выполнен при известных расстояниях между опорами и закрепленными на валу вращающимися деталями (зубчатые колеса, звездочки, шкивы). Эти расстояния могут быть определены построением эскизной компоновки вала в редукторе, которому предшествует предварительное определение диаметра вала.

Таким образом, проектный расчет на прочность вала, работающего при циклически изменяющихся напряжениях, включает в общем случае три этапа: предварительное определение диаметра вала (ориентировочный расчет), уточненный расчет на статическую прочность и расчет на выносливость. Однако последовательное выполнение всех трех этапов расчета на прочность не всегда является обязательным. Например, если в конкретных условиях проектирования известными являются линейные размеры вала и точки приложения действующих сил, то выполнение ориентировочного расчета не требуется, так как сразу может быть выполнен уточненный расчет на статическую прочность.

Наряду с прочностью основным критерием работоспособности валов является их жесткость. При недостаточной жесткости даже относительно небольшие нагрузки вызывают недопустимые деформации валов, нарушающие работу закреплённых на них деталей. Так, в редукторах, коробках передач машин значительный прогиб вала приводит к неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев зубчатых колес. При больших прогибах в результате перекоса колец возможно защемление шариков шарикоподшипников. Перекашивание цапфы вала в опоре скольжения вызывает неравномерность распределения нагрузки по длине подшипника и, как следствие, неравномерный износ, перегрев и т. п.

Ниже приводится методика расчета валов по основным критериям их работоспособности.

7

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА

(ориентировочный расчет)

Определение ориентировочного диаметра вала необходимо для выполнения эскизной компоновки вала в редукторе.

Ориентировочный расчет ведется на чистое кручение. Для учета влияния изгиба величина допускаемых напряжений кручения соответственно снижается. Диаметр вала (мм) определяется по формуле

где Т - крутящий момент, Н·м; [ ]1кр- пониженное значение допускаемого напряжения на кручение, МПа.

Для стальных валов при предварительном определении диаметра обычно принимают [τ]'кр = 20 МПа.

3.РАЗРАБОТКА ЭСКИЗНОЙ КОМПОНОВКИ ВАЛА

ВРЕДУКТОРЕ

Ориентировочная величина диаметра вала и размеры зубчатых колес, шкивов, звездочек, определенные предыдущими расчетами передач, являются исходными данными для разработки эскизной компоновки валов в редукторе.

Если в редукторе все валы расположены в одной плоскости, при выполнении эскизной компоновки достаточно одной проекции - плоскости разреза по осям валов. В противном случае необходимы дополнительные проекции. Так, например, для червячного редуктора выполняют две проекции, из которых одна - разрез по оси червяка, а вторая - перпендикулярная первой с разрезом по оси вала червячного колеса.

Эскизная компоновка выполняется на миллиметровой бумаге в стандартном масштабе. Поскольку целью эскизной компоновки является определение мест расположения ступеней передач, расстояний между опорами валов и точек приложения к ним действующих усилий, то все вычерчивание производится упрощенно. Примерное изображение такой компоновки для цилиндрического, коническо-цилиндрического и червячного редукторов дано на рис. 2, 3 и 4.

Следует помнить, что если в проектируемом приводе кроме редуктора

8

Рис. 2. Эскизная компоновка цилиндрического редуктора

9

Рис. 3. Эскизная компоновка коническо-цилиндрического редуктора

11

имеется ременная, цепная или открытая зубчатая передача, при построении эскизной компоновки необходимо показать на входном или выходном валу редуктора шкив, звездочку или шестерню соответствующей передачи. Тем самым определяется точка приложения силы давления на вал от натяжения ремня или цепи или усилий в зацеплении открытой зубчатой передачи, которые учитываются при расчете вала на статическую прочность. Для примера на рис. 2, 3, 4 упомянутые выше детали передач показаны как на входном, так и на выходном валах.

Рекомендуемые соотношения размеров при составлении эскизной компоновки приведены в табл.1.

При разработке эскизной компоновки рекомендуется использовать конструкции редукторов-аналогов, которые приведены в соответствующих атласах /4,5/. Следует иметь в виду, что цилиндрические шевронные зубчатые колеса отличаются от других цилиндрических увеличенной шириной, поскольку их изготавливают, как правило, с канавкой посредине, предназначенной для выхода червячной фрезы, нарезающей зубья. Ширину канавки аш определяют в зависимости от модуля (см. учебные пособия /2/ и /6/ ). Для примера на рис. 2 тихоходная ступень редуктора показана с шевронными зубчатыми колесами.