Статическая прочность вала

При расчетах на статическую прочность в качестве расчетных принимаются наибольшие даже кратковременно действующие нагрузки с учетом динамических и ударных нагрузок. Статическая прочность оценивается составле­нием предела текучести с максимальными напряжениями

где W и W_ - моменты сопротивления сечения изгибу и кручению для номинальных сечений с учетом ослаблений.

Запас прочности по нормальным напряжениям .

Запас прочности по касательным напряжениям .

Запас статической прочности .

Допускаемый запас статической прочности [S_T]=1,2…2,2. Меньшие значения принимаются при точном определении усилий и напряжений.

Усталостная прочность вала

Расчеты на усталостную прочность проводят при числе циклов изменения напряжений N_ц>10³. При этом расчеты проводят по эквивалентным нагрузкам на постоянном режиме, оказывающим такое же влияние на усталостную прочность, как и нагрузки реального переменного режима работы. Приступая к расчету, предположительно намечают опасные сечения вала, которые подлежат проверке. Для опасных сечений определяют запасы усталостной прочности и сравнивают их с допускаемыми. При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас усталостной прочности определяют по формуле

,

где - запас усталостной прочности по изгибу;

- запас усталостной прочности по кручению;

_a , _a – переменные (амплитудные) составляющие циклов напряжений;

_m , _m – постоянные составляющие циклов напряжений;

_ ,_ – коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла;

к_ , к_ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

_М – масштабный фактор; k_П – фактор качества поверхности.

Допускаемый запас прочности [S]=1,3…2,5. Меньшее значение принимается при высокой точности определения напряжений, достоверности механических характеристик материала, стабильности технологии. Для повышения прочности валов необходимо снижать k_ и k_τ и повышать k_П – поверхностное упрочнение – термообработка, дробеструйная обработка, алмазное выглаживание.

Порядок расчета вала

Расчет вала состоит из трех этапов:

1. Проектировочный расчет.

При расчете валов основной расчетной нагрузкой являются моменты T и M, вызывающие кручение и изгиб вала. Для выполнения расчета необходимо знать конструкцию вала (места приложения нагрузки, расположение опор, элементы концентрации напряжений). В то же время разработка конструкции вала невозможна без хотя бы приближенной оценки его диаметра.

Рис. 12.8

Предварительно оценивают диаметр вала из расчета только на кручение при понижении допускаемых напряжений:

где

- коэффициент пустотелости;

=0 для редукторов общего машиностроения;

=0,7…0,8 для авиационных редукторов.

Тогда

,

где []=20…30 Мпа - для углеродистых сталей;

[]=50…80 Мпа - для легированных сталей.

2. Разработка конструкции вала.

В процессе конструирования разрабатывают конструкцию вала со всеми деталями, находящимися в соединении с ним. Вычерчивают отдельно вал и проставляют все размеры.

3. Проверочный расчет разработанной конструкции на статическую и усталостную прочность.