- •Тема 19. Вісі та вали
- •Вали та осі
- •12.1. Призначення валів і осей
- •12.2. Класифікація валів
- •12.3. Основні конструктивні елементи валів
- •Проектний розрахунок валів
- •Порядок проектного розрахунку.
- •18.6. Розрахунок осей. Проектний розрахунок
- •20. Підшипники ковзання
- •Призначення і класифікація підшипників
- •19.3. Конструкція та матеріали підшипників ковзання
- •19.5. Практичний розрахунок підшипників ковзання
Порядок проектного розрахунку.
У результаті проектного розрахунку визначають розміри та матеріал вала.
1. Попередньо оцінюють середній діаметр вихідного кінця вала d із розрахунків тільки на крутіння при пониженій допустимій напрузі [τ] (МПа):
мм,
де Т - обертаючий момент, що передається валом, Н·мм.
Звичайно приймають для трансмісійних валів [τ] = 20...30 МПа, для редукторних та інших аналогічних валів [τ] = 12...15 МПа.
Одержане значення діаметра d округлюють до найближчого більшого розміру із чисел ряду Rа40.
Попередньо діаметр вала, який проектується, можна оцінити, орієнтуючись на діаметр вала, з яким він з’єднується. Наприклад, якщо вихідний кінець ведучого вала з’єднується муфтою із валом електродвигуна діаметром dе.д., то можна прийняти;
d = (0,8...1,0)dе.д..
Розрахунок валів на міцність від втомленості. Основним видом руйнування валів є руйнування від втомленості матеріалу. Тому основним розрахунковим критерієм валів є опір втомленості.
Розрахунок ведуть умовно за номінальним навантаженням, а цикли зміни навантаження приймають симетричними для напруги згинання і віднульовими для напруги крутіння. Враховуючи характер епюр згинальних і обертальних моментів, ступінчасту форму вала та місця концентрації напруги, намічають небезпечні перерізи вала. Для небезпечних перерізів вала визначають запаси опору втомленості s, які порівнюють із допустимими значеннями [s].
При спільній дії напруги крутіння і згинання запас опору втомленості
(18.4)
де sσ - запас опору втомленості тільки на згинання:
(18.5)
sτ - запас опору втомленості тільки по крутінню:
(18.6)
У цих формулах σ-1 і τ-1 - границі витривалості матеріалу при згинанні і крутінні із знакозмінним симетричним циклом,
σ-1 ≈ (0,4...0,5)σв (σв - границя міцності матеріалу); τ-1 ≈
(0,2...0,3)σв; τв ≈ (0,55...0,65)σв; (18.7)
σа і τа - амплітуди змінних складових циклів напруги, а σт і τт - постійні складові. Відповідно до прийнятої умови навантаження:
(18.8)
ψσ і ψτ - коефіцієнти, які коректують вплив постійної складової циклу навантаження на опір втомленості; ψσ і ψτ відповідно дорівнюють: 0,05 і 0 - вуглецеві м’які сталі; 0,1 і 0,05 - середньовуглецеві сталі; 0,15 і 0,1 - леговані сталі.
Кd і КF - масштабний фактор і фактор шорсткості. Значення цих коефіцієнтів орієнтовно можна призначати із таблиць
Розрахункове значення запасу опору втомленості s не повинно бути нижчим допустимого [s] = 2,5.
Опір втомленості матеріалу вала можна значно підвищити за рахунок використання методів поверхневого зміцнення: азотування, ціанування, борування, поверхневого гартування СВЧ, дробоструменевого наклепування, обкатування роликами тощо. При цьому границя витривалості може бути підвищена на 50 і більше процентів.
Перевірка статичної міцності вала виконується за еквівалентною напругою з метою попередження пластичних деформацій і руйнування з урахуванням короткочасного перевантаження:
(18.9)
де
(18.10)
де М і Т - згинальний і обертаючий моменти в небезпечному перерізі.
Гранична допустима напруга
(18.11)