Механические характеристики материалов, используемых для изготовления валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм, не более	Твердость НВ, не менее
			МПа
Ст.5	Не ограничен	190	520		280	220	130	0	0
45	То же	200	560		280	250	150	0	0
	120	240	800		550	350	210	0,1	0
	80	270	900		650	380	230	0,1	0,06
40Х	Не ограничен	200	730		500	320	200	0,1	0,05
	200	240	800		650	360	210	0,1	0,05
	120	270	900		750	410	240	0,1	0,05
40ХН	Не ограничен	240	820		650	360	210	0,1	0,05
40ХН	200	270	920		750	420	250	0,1	0,05
20	60	145	400		240	170	100	0	0
20Х	120	197	650		400	300	160	0,05	0
12ХНЗА	120	260	950		700	420	210	0,1	0,05
I2X2H4A	120	300	1100		850	500	250	0,15	0,1
18ХГТ	60	330	1150		950	520	280	0,15	0,1
30ХГТ	Не ограничен	270	950		750	450	260	0,1	0,06
	120	320	1150		900	520	310	0,15	0,1
	60	415	1500		1200	650	330	0,2	0,1

Рис. 53. Конструкция вала по расчетной схеме, представленной на рис. 52

7. Сконструировать вал, пользуясь вычисленными линейными размерами, конструктивными и технологическими соображениями. Пример конструирования вала по расчетной схеме представлен на рис. 53. Анализ конструкции вала требует проверки его по коэффициенту запаса прочности по трем сечениям:

I - высокие изгибающие и крутящий моменты, концентратор напряжений в форме шпоночного паза;

II - силовые факторы, аналогичные I сечению; концентратор напряжения в форме канавки;

III - высокие изгибающие моменты; концентратор напряжения в форме канавки с галтелью.

8. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям для каждого из опасных сечений:

,

где - предел выносливости материала при изгибе (см. табл.46);- эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе (табл.47); β - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости20мкм,=0,9-1,0;- масштабный фактор для нормальных напряжений (табл. 48);- амплитуда нормального напряжения;W=0,1d³ - момент сопротивления изгибу; - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений (см.табл. 46); - среднее напряжение;F_x. - осевая нагрузка в сечении.

Таблица 47

Значения и для стальных валов

		при , МПа				при , МПа
		600	700	800	1000	700	800	1000
	1,1	1,19	1,22	1,22	1,24	1,05	1,06	1,09
	1,2	1,27	1,30	1,34	1,34	1,08	1,10	1,15
	2	1,32	1,36	1,36	1,40	1,10	1,14	1,20
		1,5	1,6	1,8	2,0	1,4	1,8	2,1
	1,18	1,53	1,56	1,58	1,68	1,14	1,21	1,29
	1,3	1,50	1,55	1,60	1,70	1,18	1,27	1,37
	1,45	1,55	1,59	1,63	1,73	1,19	1,28	1,38

Таблица 48

Значения масштабных факторов и

Сталь		Диаметр вала, мм
		20	30	40	50	70	100
Углеродистая		0,92 0,83	0,88 0,77	0,85 0,73	0,82 0,70	0,76 0,65	0,70 0,59
Легированная		0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59

9. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по

касательным напряжениям:

,

где τ_-1 - предел выносливости материала при кручении (см.табл. 46); - эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении (см. табл. 47); = 0,9-1,0;- масштабный фактор касательных напряжений (см. табл. 48); - амплитуда циклов и среднее касательное напряжений; Т - крутящий момент; - полярный момент сопротивления;- коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла (см.табл. 46).

10. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по каждому из опасных сечений

.

11. Провести сравнение S[S], где [S] - допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности: [S]= 2,5-3 - для валов редуктора с неограниченным ресурсом; [S]= 1,7 - для прочих валов:

- если "да", то расчет окончен;

- если "нет", то перейти к блоку № 8 (см.рис.51).

При недостаточном коэффициенте запаса прочности:

- изменить конструкцию вала с целью увеличения запаса прочности (например, увеличить диаметр вала);

- выбрать другой материал с повышенными механическими характеристиками и расчет провести с блока № 6.

Приведенные допускаемые коэффициенты запаса усталостной прочности предполагают неограниченную долговечность работы вала, что существенно увеличивает их металлоемкость. Проблема обеспечения заданного уровня надежности при проектировании является одной из ключевых в повышении конкурентоспособности отечественных машин. Однако проблема надежности для отдельных специальностей выходит за программу настоящего курса и рассматривается в качестве отдельного предмета. При необходимости проведения такого рода расчетов в инженерной практике или при выполнении дипломной работы рекомендуется использовать литературу, приведенную в списке с грифом «Надежность».