6.1.3. Прогнозирование

надежности вала

Проблема обеспечения заданного уровня надежности при проектировании является одной из ключевых в повышении конкурентоспособности машин. Поэтому после конструкции вала необходимо провести прогноз оценки надежности при заданной его долговечности и вероятности безотказной работы.

Исходные данные:

1. Конструкция вала.

2. Вероятность безотказной работы вала (для валов привода, отказ которого несёт только экономические потери, можно принять р=0,98 (98%)).

3. Ресурс (долговечность) работы вала — 5000 часов.

Порядок выполнения:

1. Выполнить от руки эскиз и составить расчетную схему проектируемого вала.

2. На эскизе обозначить арабскими цифрами (1…n) все концентраторы напряжений («опасные» сечения).

3. Определить Т и М_ИЗГ для каждого из «опасных» сечений.

4. Рассчитать коэффициенты запаса прочности для каждого выбранного сечения.

5. Вычислить ресурс для наиболее опасного сечения.

6. По вероятностно-логарифмической шкале построить графики ресурса и сравнить с исходными данными.

7. По полученным результатам сделать выводы.

Пример расчета

1. Выписываем все значения линейных размеров и действующих нагрузок на вал из соответствующего варианта. Изображаем схему проектируемого вала (рис. 56):

Рис.56. Схема проектируемого вала

d1=45мм d2=50мм d3=57мм d4=68мм L1=45мм L2=110мм L3=125мм L4=180мм L5=230мм

L6=270мм L7=280мм L8=310мм L9=325мм Fx=1500Н Fr=1800Н Ft=4500Н Т=700Нм V=7500Н

2. Отмечаем все опасные зоны (рис.57) на проектируемом валу, где находятся концентраторы напряжений, чаще всего это участки с резкими изменениями формы, то есть это могут быть шпоночные пазы, галтели, проточки и т.п. (в нашем случае 1, 5 – шпоночный паз; 2, 3, 6, 8 – кольцевая проточка; 4, 7 – галтель).

Рис. 57. Концентраторы напряжений на проектируемом валу

3. Производим расчет вала и находим значения Т и М_ИЗГ для каждого из «опасных» сечений. Для этого задаем марку стали (см.табл. 41), допускаемые напряжения и тип термообработки (табл.49):

Таблица 49

Характеристики применяемых материалов

Параметры сталей	Жесткие валы						Тяжелонагруженные валы			Быстроходные валы с подш. скольжения
D, заг, мм	60	>200		120			200	120	>200	120	80	60
Марка	20	Ст. 5	50Л	45		40Х	40ХН	35ХГСЛ	30ХГТ	20Х	12ХНЗЛ	18ХГТ
Gр, МПа	400	520	569	600	850	1000	850	980	950	650	1000	150
Gт, МПа	240	240	333	340	580	800	600	880	750	400	800	950
[Gи], МПа	40	45	50	55	75	90	75	90	90	60	90	95
Термообр.	Н	Улучшение		Н	Улучшение				Цемент., Закал., Низ. отпуск
Тверд. HB	145	130	174	197	260	270	260	270	270	197	380	330
Тверд. HRC	Примечание: Н – нормализация								56-63	56-63	56-63	63-65

ИНСТРУКЦИЯ К ОПЕРАТОРУ

• Запустить программу.

• Задать необходимые данные для последующего расчета (см.табл.49) При вводе термообработки следует перевести машину в режим «Рус» и набрать первую букву выбранного по таблице слова (в нашем примере - Н, что означает нормализацию).

Далее строим модель вала по заданным размерам, прикладываем нагрузки и производим расчет (рис. 58).

Рис.58. Расчет вала