m34700

71

4)если необходимо, выполните окончательное редактирование чертежа в CAD–системе и распечатайте его или выведите на плоттер;

5)выйдите из CAD–системы и APM WinTrans.

При выполнении п.2 необходимо иметь в виду, что главное окно Черчение разбито на зоны, которые выбираются щелчком левой клавиши мыши при перемещении курсора в ее пределы. Двойным щелчком левой клавиши вызывается диалоговое окно геометрических параметров.

Ввод конструктивных особенностей проектируемой детали производится с помощью цепочки диалоговых окон. Каждое последующее окно появится только после выбора конструктивного исполнения, варианты которого представлены в виде кнопки с поясняющей схемой. Выберете тип ступицы, тип закрепления на валу, параметры шлицевого соединения, геометрические параметры (диаметр отверстия в ступице, число отверстий в диске колес, длина ступицы, смещение левого торца ступицы относительно торца шкива или звездочки), для конических колес – тип конструктивного исполнения колес, тип исполнения диска звездочки и боковой поверхности зуба, тип рабочей поверхности шкива плоскоременной передачи.

Ввод параметров технических требований производится в диалоговом окне при инициализации соответствующей зоны чертежа. Как обычно, для перехода от одного элемента к другому используются комбинации клавиш TAB и SHIFT + TAB, для подтверждения ввода – кнопка "ОК", для закрытия окна без запоминания введенных величин – кнопка "Отмена".

Ввод табличных параметров зацепления производится в диалоговом окне при инициализации соответствующей зоны чертежа. В окне необходимо ввести те данные, которые не могут быть получены в результате расчетов.

Ввод параметров главной надписи чертежа проводится в диалоговом окне при инициализации соответствующей зоны чертежа. Поле ввода имеет вид стандартной главной надписи чертежа. Для доступа к невидимым полям используется полоса прокрутки.

Интерфейс пользователя APM WinTrans включает информационные окна, представляющие следующую информацию: тип

72

текущей передачи, опции текущей передачи и расчета, заданные числовые значения параметров текущей передачи и краткое описание команд меню. Каждому типу информации соответствует отдельное окно.

Команда "?" (Помощь) позволяет быстро получить необходимые сведения о содержании и функционировании программы, не прибегая к поиску ответа на вопрос по объемному руководству пользователя.

3.1. Критерии работоспособности и расчета валов на прочность и жесткость

К наиболее ответственным деталям машин относятся валы и оси. Разрушение вала или же существенное нарушение его формы из–за высокой радиальной (угловой) деформации или колебаний влечет за собой выход из строя всей конструкции. Основные критерии работоспособности и расчета вала такие: 1) прочность статическая и усталостная; 2) жесткость; 3) виброустойчивость.

Расчет на прочность является основным для валов приводов. По разработанной конструкции вала на основе проектировочного расчета или выбора меньшего диаметра вала составляется расчетная схема. Причем для ориентировочного выбора меньшего диаметра вала может использоваться расчет только на кручение при пониженных допустимых напряжениях. Напряжения

кручения вычисляются по формуле

Здесь принимают:

– для редукторных валов:

– для трансмиссионных валов.

Вычисленное значение диаметра округляют до ближайшей величины из нормального ряда чисел, а остальные диаметры и длины участков вала принимают из конструктивно– технологических соображений при разработке эскизного проекта редуктора или другой сборочной единицы.

Конструкции валов редукторов входных (рис. 3.1; 3.2), промежуточных (рис. 3.3), выходных (рис. 3.4) выполняют, исходя из

76

Рис. 3.4

Базовый алгоритмический модуль проверочного расчета валов на прочность основан на вычислении запасов прочности в опасных (или всех через определенный шаг) сечениях вала.

Запас сопротивления усталости только по нормальным напряжениям;

по касательным напряжениям

напряжений;

и – коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей напряжений на сопротивление усталости (оно незначительно: 0,05…0,15);

к и к – эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

кd – масштабный фактор (уменьшается с увеличением диаметра и повышением прочностных характеристик материала вала);

к F – фактор шероховатости поверхности (уменьшается с увеличением шероховатости и повышением прочностных характеристик материала вала).

При совместном действии в опасном сечении и запас сопротивления усталости вычисляют по формуле

В случае, если запас прочности в самом опасном сечении менее 1,5, увеличивают размеры вала. Если он менее 2,5, необходима проверка жесткости вала. В случае избыточного запаса (более 4…5) возможно уменьшение размеров вала.

С целью предупреждения пластических деформаций и разрушения при кратковременных перегрузках проводят проверку статической прочности по эквивалентным напряжениям. Запас по пределу текучести должен быть более 1,3…1,5 в наиболее нагруженном сечении вала.

Жесткость вала оценивают сопоставлением расчетных упругих перемещений оси вала (прогиб и угол поворота, например, в подшипнике) и допускаемых.

Вибростойкость вала обеспечивается, если расчетная частота собственных колебаний системы (критическая) отличается от вынужденной не менее чем на 30 процентов.

78

3.2. Исходные данные и анализ результатов расчетов

Автоматизированный расчет по программам, реализующим алгоритмы разработчика, предусматривает ввод исходных данных и вывод на монитор результатов расчетов, которые полностью или частично могут быть распечатаны.

Для вала исходные данные включают:

–вращающий (крутящий) момент;

–силы радиальные, сосредоточенные и распределенные;

–силы осевые и плечо (радиус) их приложения (можно заменить изгибающим моментом);

–изгибающие моменты;

–координаты характерных сечений вала и их диаметры, концентраторы напряжений;

–частота вращения;

–срок службы.

Радиальные и осевые силы определяются расчетом в зависимости от типа передач, соединительных муфт и т. п. Для соединительных муфт, в зависимости от типа, радиальная сила может достигать величины, равной 0,3 от окружной силы, например в зацеплении зубчатой передачи. Причем ее направление носит случайный характер и принимается наиболее опасным для прочности вала.

Положение сил, действующих на валы привода, целесообразно изобразить на кинематической схеме, вычерченной в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (горизонтальная и вертикальная) или в аксонометрии. При этом необходимо учитывать направления вращения валов. Координаты центров шарниров можно принимать, с некоторым допущением и для радиально– упорных подшипников – по центру подшипника качения (лучше по его клейменому, широкому, торцу внутреннего кольца).

Анализ результатов расчетов, кроме сопоставления наименьшего запаса прочности с допустимым, может привести к выбору более оптимальной геометрии вала с учетом прочности, а также к повышению технологичности. Так, канавку для выхода шлифовального круга можно заменить на галтель необходимого радиуса, заменить принятую термообработку на более рациональную и т. п.

79

3.3. Вопросы анализа производственных ситуаций

Пример вопроса Во сколько раз изменится запас прочности вала нагружен-

ного только крутящим моментом в опасном сечении по центру подшипника, если вместо подшипника № 312 использовать подшипник № 213?

Ответ 1) Критерий работоспособности и расчета – запас сопротив-

ления усталости по ; формула 3.3, выбранная для анализа.

значение S при увеличении диаметра вала с 60 до 65 мм увеличится в 653 / 603 , т. е. В 1,27 раза.

3)В формуле 3.3 заметим, что увеличение размера приведет

куменьшению коэффициента масштабного фактора K d и, следо-

вательно, Sувеличится несколько меньше, чем в 1,27 раза. Примеры вопросов

1.Как изменится запас прочности вала, нагруженного изгибающим и крутящим моментами, при расчете на выносливость в опасном сечении вала по центру подшипника, если вместо подшипника № 211 применить № 210?

2.Как изменится запас прочности по нормальным напряжениям вала при расчете на выносливость в опасном сечении по центру подшипника, если вместо подшипника № 208 применить подшипник № 209?

3.Как необходимо изменить диаметр вращающейся оси,

чтобы увеличить в опасном сечении диаметром 50 мм запас прочности при расчете на выносливость в 1,5 раза?

3.4. Краткое руководство пользователя системами автоматизированного проектирования валов

Для учебной программы расчета двухопорного вала Val_new ПМ ВГАУ необходимо учитывать следующее. Val_new представляет собой программу для оценки работоспособности двухопорного вала (проверочный расчет) с нагружением сосредо-

80

точенными силами в двух, любых по длине вала, сечениях, а также крутящим моментом.

С помощью Val_new можно рассчитать следующие параметры:

–реакции в опорах вала;

–изгибающие моменты с иллюстрацией эпюрами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также суммарной;

–деформации оси вала в горизонтальной и вертикальной плоскостях с графической иллюстрацией, в том числе суммарную деформацию;

–значения запасов прочности по усталости и текучести в выбранных опасных сечениях вала (до трех при одном расчете).

Программа Val_new предназначена для персональных компьютеров с процессором 80386 и выше. Программа работает в среде операционной системы MS DOS, любой версии Microsoft Windows. Она написана на алгоритмическом языке Turbo Pascal и может быть модернизирована соответствующими средствами.

Подготовка к работе с Val_new состоит в составлении расчетной схемы вала с любым расположением двух шарнирных опор. Все координаты проставляются в миллиметрах от левого конца расчетной схемы балки. Сосредоточенные радиальные и осевые силы (Fr – радиальные, Ft – окружные, Fa – осевые) от зубчатых колес, шкивов, звездочек, муфт и т. п. указываются положительными числами, если их направления совпадают с направлением координатных осей, и отрицательными, если не совпадают.

Последовательность действий Пользователя при работе с программой определяется диалогом, поддерживаемым с помощью указаний типа меню в полноэкранном или оконном режиме. Анимационное изображение расчетной схемы упрощает работу. Удобнее пользоваться цифровыми клавишами, а также клавишей Enter, а для удаления ошибочного набора – клавишей Del.

Целесообразно результаты счета записать в новый файл (1), который получит имя введенной латинскими буквами фамилии пользователя и может быть просмотрен и выведен на печать.

Результаты вычисления реакций опор, изгибающих моментов, условных деформаций оси вала (произведение EIY, где Е – модуль упругости материала вала, МПа; I – момент инерции сечения вала, мм4 ; Y – прогиб вала, мм) выводятся на монитор в