- •Воронеж 2011
- •1Основные положения
- •1.1Термины и определения. Классификация
- •1.2Основные сведения о проектировании и конструировании
- •1.3Стадии разработки конструкторской документации
- •1.4Стандартизация и взаимозаменяемость деталей машин
- •2Требования к деталям машин
- •2.1Особенности расчета деталей машин
- •2.2Виды нагрузок, действующих на детали машин
- •2.3Циклы напряжений и их параметры
- •2.4Методы определения допускаемых напряжений
- •3Соединения. Типы и характеристика
- •3.1Общая характеристика соединений
- •3.2Заклепочные соединения. Общие сведения
- •3.3Классификация заклепок и заклепочных швов
- •3.4Расчет прочных заклепочных швов
- •3.5Условное изображение заклепочных швов на чертеже
- •4Сварные соединения
- •4.1Общие сведения
- •4.2Принцип действия дуговой сварки
- •4.3Классификация способов сварки
- •4.4Классификация сварных соединений и швов
- •4.5Расчет стыковых сварных швов
- •4.6Расчет угловых сварных швов
- •4.7Уточненный расчет комбинированного сварного шва
- •4.8Условное изображение сварных швов на чертеже
- •Некоторые буквенно-цифровые обозначения швов
- •5Шпоночные и шлицевые соединения
- •5.1Типы шпоночных соединений
- •5.2Расчет шпоночных соединений
- •5.3Сегментные шпонки
- •5.4Конструкция и расчет шлицевых соединений
- •6Соединения с натягом
- •6.1Общие сведения
- •6.2Расчет цилиндрических соединений с натягом
- •7Клиновые и штифтовые соединения
- •7.1Назначение и классификация соединений
- •7.2Классификация
- •7.3Расчеты на прочность
- •8Резьбовые соединения
- •8.1Назначение и конструкция резьбовых соединений
- •8.2Классификация резьбовых соединений
- •8.3Распределение нагрузки между витками резьбы
- •8.4Виды разрушений в резьбовом соединении
- •8.5Силы, действующие в винтовой паре
- •8.5.1Величина окружной действующей силы(q)
- •8.5.2 Момент завинчивания гайки или винта
- •8.5.3Момент отвинчивания винта или гайки
- •8.5.4Расчет ненапряженных болтовых соединений
- •8.6Расчет напряженных болтовых соединений
- •9Передачи. Общие вопросы
- •9.1Назначение и классификация передач
- •9.2Классификация передач
- •9.3Основные кинематические характеристики передач
- •9.4Передачи с постоянным передаточным числом
- •9.5Передачи с переменным передаточным числом
- •10Ременные передачи
- •10.1Общие вопросы
- •10.2Плоскоременная передача
- •10.3Типы приводных ремней
- •10.4Шкивы (гост 17383-72).
- •10.5Кинематические силовые зависимости
- •10.5.1Относительное скольжение ремня.
- •10.5.2Динамика ременной передачи
- •10.5.3Напряжения в ремне
- •10.6Расчет передач по кривым скольжения
- •10.7Клиноременная передача
- •10.7.1Клиновые ремни (гост 1284 – 68).
- •10.7.2Шкивы клиноременной передачи
- •10.7.3Расчет кинематических передач
- •11Цепные передачи
- •11.1Общие вопросы
- •11.2Классификация цепных передач
- •11.3Достоинства и недостатки цепных передач
- •11.4Детали цепных передач
- •11.4.1Цепи
- •11.4.2Звездочки
- •11.5Основные параметры цепных передач
- •11.6Критерии работоспособности и расчета цепных передач
- •11.7Основы работы передачи
- •11.8Расчет передачи
- •11.9Конструирование цепных передач
- •12Зубчатые передачи
- •12.1Общие сведения
- •12.2Классификация зубчатых передач
- •12.3Точность зубчатых передач
- •12.4Материалы зубчатых колес
- •12.5Методы изготовления зубчатых колес
- •12.5.1Изготовление зубчатых колес без снятия стружки
- •12.5.2Изготовление зубчатых колес путем снятия стружки.
- •13Виды разрушения зубьев. Критерии работоспособности и расчета
- •13.1Виды разрушения зубьев
- •13.2Расчет основных геометрических параметров цилиндрических прямозубых колес
- •13.3Расчет зубьев цилиндрических прямозубых зубчатых колес на изгиб
- •14Расчет зубьев цилиндрических зубчатых колес на контактную прочность
- •14.1Расчет на контактную прочность
- •14.2Особенности расчета и конструкции косозубых и шевронных зубчатых колес
- •15Общие сведения о конических зубчатых передачах
- •15.1Расчет основных геометрических параметров конических прямозубых колес
- •15.2Расчет зубьев прямозубых конических передач
- •16Расчет допускаемых напряжений
- •16.1Расчет допускаемых напряжений
- •16.2Силы, действующие на валы от зубчатых колес
- •16.2.1Прямозубые цилиндрические колеса
- •16.2.2Косозубые цилиндрические колеса
- •16.2.3Прямозубые конические колеса
- •17Винтовые и гипоидные передачи
- •18Червячные передачи
- •18.1Эвольвентный червяк
- •18.2Материалы. Критерии работоспособности и расчета червячных передач
- •18.3Расчет основных геометрических параметров червячных передач
- •18.4Червячные колеса
- •18.5Силы, действующие в червячном зацеплении
- •18.6Расчет на изгиб зубьев червячного колеса
- •18.7Расчетная нагрузка и допускаемые напряжения
- •18.8Тепловой расчет червячных передач
- •19Понятие о системе допусков и посадок
- •19.1Понятие о взаимозаменяемости
- •19.2Допуски размеров, посадок
- •19.3Квалитеты
- •19.4Система отверстия и система вала
- •19.5Предельные отклонения формы и расположения поверхностей
- •20Зубчатые и червячные редукторы. Общие сведения
- •20.1Зубчатые и червячные редукторы
- •20.2Классификация редукторов
- •20.3Принципиальная конструкция цилиндрического редуктора
- •20.4Расчет основных конструктивных параметров редукторов
- •21Валы и оси
- •21.1Общие вопросы
- •21.2Конструкция валов. Элементы вала
- •21.3Материалы валов и их термообработка
- •21.4Критерии работоспособности и расчета валов
- •21.5Расчетная схема и расчетные нагрузки
- •21.5.1Размещение опор вала
- •21.5.2Определение сил в зацеплении закрытых передач
- •Определение сил в зацеплении передачи
- •21.6Определение консольных сил
- •21.7Расчет осей и валов на статическую прочность
- •21.8Расчет валов на статическую прочность
- •21.9Расчет вала на статическую прочность при совместном действии изгиба и кручения
- •21.10Расчет осей и валов на выносливость
- •21.11Расчет осей и валов на жесткость
- •21.12Расчет валов на колебания
- •21.13К определению расстоянии между опорами ведомого вала
- •21.14Последовательность расчета пролета вала
- •22 Подшипники качения
- •22.1Подшипники качения. Общие сведения
- •22.2Классификация
- •22.3Обозначение подшипников
- •22.4Точность подшипников качения
- •22.5Причины выхода подшипников из строя и критерии расчета
- •22.6Расчет подшипников качения на долговечность
- •22.7Определение приведенной нагрузки и подбор подшипников качения
- •22.8Подбор подшипников качения
- •22.9Статическая грузоподъемность подшипников
- •22.10Распределение нагрузки между телами качения
- •22.11Смазка подшипников качения
- •22.12Посадки подшипников
- •22.13Зазоры в подшипниках
- •23Подшипники скольжения
- •23.1Общие сведения
- •23.2Классификация
- •23.3Конструкции подшипников скольжения
- •23.4Подшипниковые материалы
- •23.5Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения
- •23.6Условные расчеты подшипников
- •23.7Тепловой расчет подшипников
- •23.8Проектировочный расчет подшипников жидкостной смазки
- •24Конструирование подшипниковых узлов
- •24.1Схемы установки подшипников
- •24.2Конструирование опор валов конических шестерен
- •24.3Конструирование опор валов-червяков
- •24.4Установка элементов передач на валах
- •24.5Назначение диаметров вала
- •24.6Длины характерных участков вала
- •24.6.1Основные способы осевого фиксирования колес (шкивов)
- •25Муфты
- •25.1Муфты. Общие сведения
- •25.2Классификация муфт
- •25.3Подбор стандартной муфты
- •25.4Конструкции муфт
- •25.4.1Жесткие муфты. Вид неразъемные
- •25.4.2Муфты, разъемные в плоскости, параллельной оси вала
- •25.4.3Муфты, разъемные в плоскости, перпендикулярной оси вала
- •25.4.4Компенсирующие муфты
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
21.7Расчет осей и валов на статическую прочность
Расчет осей на статическую прочность при изгибе производится по формуле:
при проектном расчете
,
при проверенный расчет
,
где σu – расчетное напряжение изгиба в опасном сечении;
Mu – изгибающий момент в опасном сечении;
Wu – момент сопротивления изгибу сечения оси;
d – диаметр оси;
[σ]u – допускаемое напряжение на изгиб «выбор по таблицам».
21.8Расчет валов на статическую прочность
Расчет валов на статическую прочность, работающего только на кручение (например, выходные концы валов редуктора)
– проверочный расчет
– проектный расчет
где τk – расчетное напряжение кручения в сечении вала;
Mk – крутящий момент;
Wρ= 0,2d3 – момент сопротивления кручению сечения вала;
[τ] – условное допускаемое напряжение при кручении.
Часто принимают [τ] = 12-20 Н/мм2. Это пониженное значение допускаемого напряжения. Полученное значение увеличивается на 10% и округляют до ближайшего большего из нормального ряда диаметров.
Взамен расчета на кручение для определения предварительного значения диаметра вала можно применять имперические зависимости:
В месте посадки шестерни на быстроходный и промежуточный валы
dБ ≈ 0,22 aWБ; dП ≈ 0,3 аWБ.
для тихоходного вала
dT ≈ 0,3 aWT.
Выходной конец быстроходного вала
d ≈ (0,8 – 1,15)dэл.дв..
Быстроходный вал
Hм;
dП ≥ d + 2t (t ≈ 2…3,5) мм.
Промежуточный вал
.
Проходной вал
; dП ≥ d + 2t.
После выполнения этого предварительного расчета вал окончательно рассчитывают на статическую прочность при совместном действии изгиба и кручения или на выносливость.
21.9Расчет вала на статическую прочность при совместном действии изгиба и кручения
Большинство валов работают на изгиб и кручение. Кроме этого некоторые участки вала под действием осевых сил могут дополнительно работать на растяжение или сжатие. Однако эти напряжения невелики по сравнению с [σ]u и их обычно не учитывают.
Для расчета вала на сложное сопротивление необходимо знать величины Mu в опасных сечениях. С этой целью по предварительно принятому или рассчитанному диаметру вала намечают местоположение опор и составляют расчетную схему, определяют все силы, действующие на вал, строят эпюры Mu и Mk, намечают опасные сечения, а затем производят расчет вала.
Результирующие опорные реакции Ri и результирующие изгибающие моменты определяют по формулам:
;
.
где Rx; Ry; Mux; Muy – соответственно опорные реакции и изгибающие моменты во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Далее по одной из теории прочности (обычно третьей)
,
где Mk – крутящий момент, передаваемый валом.
По четвертой теории (энерготехнической)
.
Диаметры вала в расчетных сечениях определяют из условия прочности
.
21.10Расчет осей и валов на выносливость
При расчете вращающихся осей и валов на выносливость учитывают все основные факторы, влияющие на усталостную прочность: характер изменения напряжений, статические и усталостные характеристики материалов, изменение предела выносливости вследствие концентрации напряжений и влияние абсолютных размеров осей или валов, состояние поверхности. Для учета всех этих факторов конструкция вала должна быть известна.
Расчет осей и валов на выносливость заключается в том, что для каждого опасного сечения определяют действительный коэффициент запаса усталостной прочности «n» и сравнивают его с допускаемым [n]. Следовательно, расчет вала на выносливость осуществляют как проверочный.
Неподвижная ось, напряжения в которой изменяются по нулевому циклу (σа = σm):
.
Вращающаяся ось напряжения в которой соответствуют симметричному циклу
.
При сложном напряженном состоянии и любых циклах изменения напряжений действительный коэффициент запаса прочности «n» равен
,
где nσ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба;
nτ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям кручения.
Значения этих коэффициентов определяют по формулам:
при изгибе
,
при кручении
.
При расчете принимают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу , σm= 0,
а касательные – по пульсирующему отнулевому циклу
.
Реверсивный вал работает на чистое кручение
,
σа и τа – амплитудное значение напряжений при знакопеременном симметричном цикле ,
при отнулевом ,
σm и τm – среднее напряжение цикла, при симметричном, знакопеременном цикле σm = 0,
при общенулевом цикле ,
где σ-1 и τ-1 – пределы выносливости соответственно при изгибе и при кручении для симметричного цикла изменения напряжений.
Для стали при изгибе σ-1 = (0,4…-,45)σβ
при кручении τ-1 = 0,2 σβ,
σа и τа – амплитуды циклов при изгибе и кручении.
Можно считать, что нормальные напряжения, возникающие в напряженном сечении вала от изгиба, изменяются по симметричному циклу
, .
Так как величина момента, передаваемого валом является переменной, то при расчете принимают для касательных напряжений наиболее неблагоприятный знакопеременный
цикл – отнулевой (пульсирующий цикл), тогда
,
где σm и τm – средние напряжения циклов при изгибе и кручении.
Кσ и Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении.
Wнетто – момент сопротивления сечения вала с учетом шпоночной канавки.
При изгибе .
При кручении .
В зависимости от фактора концентрации: галтель, кольцевая выточка (канавка), поперечное отверстие, шпоночная канавка, шлицы, резьба, прессовая посадка и состояния поверхности (вид обработки) значения коэффициентов Кσ и Кτ принимают по таблицам.
При действии в одном и том же сечении вала нескольких факторов концентрации напряжений от формы, учитывают наиболее опасный их них, а общий эффективный коэффициент концентрации напряжений от формы и состояния поверхности определяют по формуле:
При изгибе Кσ = КσФ + КσП – 1
При кручении Кτ = КτФ + КτП – 1,
где КσФ и КτФ – эффективные коэффициенты концентрации от формы.
КτФ и КτП – эффективные коэффициенты концентрации от состояния поверхности
ε – масштабный фактор – коэффициент, учитывающий влияние размеров сечения вала на его прочность. Значения ε определяют по таблицам в зависимости от вида деформации и диаметра вала.
β – коэффициент упрощения, характеризующий повышение предела выносливости в зависимости от вида поверхностной обработки вала (термообработка, дробеструйный наклеп, накатка роликами). Выбирается β (1,1…2) выбирается по таблицам.
ψσ и ψτ – коэффициенты, учитывающие влияние асимметрии цикла напряжений на прочность вала при изгибе и кручении. Их значения находят из таблицы в зависимости от величины σβ материала вала.
Допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности [n] принимают в зависимости от назначения вала и точности расчетов.
[n] = 1,5…2,5.
Если диаметры валов определяются условиями жесткости, то значения [n] могут быть значительно выше.
При точном определении расчетных нагрузок, точных расчетах, однородном материале вала
[n]min = 1,3.
Различают изгибную и крутительную жесткость валов.