5.3 Проверочный расчет валов
Существуют следующие виды проверочных расчетов:
Расчет на усталостную прочность (выносливость) - заключается в определении коэффициентов запаса усталостной прочности вала.
Расчет на статическую прочность при действии пиковой нагрузки - учитываются возможные кратковременные перегрузки (например в момент пуска двигателя).
Расчет на изгибную и крутящую жесткость - производится из условия допустимых прогибов и углов поворота.
Расчет на колебания - проверка отсутствия резонансных режимов, а в случае возникновения резонансных режимов - соблюдение условия прочности.
Расчёт валов и осей на усталостную прочность
При проверочном расчете учитываются все факторы, влияющие на усталостную прочность – это размеры вала, его обработка, концентраторы напряжений и.т.д.
Последовательность расчёта:
Составляется расчётная схема.
Расчетная схема вала с эпюрами внутренних силовых факторов
Определяются усилия, действующие во всех сечениях вала.
Строятся эпюры изгибающих и крутящих моментов.
По эпюрам определяются опасные сечения и для них определяют коэффициент запаса прочности S>[S]=1,5..2,5 для опасных сечений.
Коэффициент запаса прочности определяется по формуле:
-
коэффициенты запаса прочности по
нормальным и касательным напряжениям,
зависящие от материала и конструктивных
особенностей вала
-
пределы выносливости материалов при
симметричном цикле нагружений нормальных
и касательных напряжений.
- соответственно,
амплитудное и среднее значения нормальных
напряжений.
При определении
полагают, что нормальные напряжения
изменяются по симметричному циклу
- при симметричном
цикле нагружения.
- соответственно,
амплитудное и среднее значения касательных
напряжений (напряжений кручения).
При определении
полагают, что касательные напряжения
изменяются по отнулевому циклу.
-
коэффициенты концентрации нормальных
и касательных напряжений - определяются
по справочнику в зависимости от вида
концентратора напряжения.
Концентраторы напряжений:
ступень выточка шпоночный паз
-
масштабные факторы, учитывающие отличие
проверочного диаметра вала от размера
образца, для которого получены
.
-
фактор шероховатости поверхности -
зависит от качества обработки поверхности
вала.
-
коэффициенты учитывающие чувствительность
материала к асиметрии циклов нагружения
- зависят от механических свойств
материала.
Для среднеуглеродистых
сталей
;
.
Если S<[S], – необходимо изменить размеры, материалы, термообработку.
Если S>10, - надо уменьшить размеры или взять менее прочный материал.
5.4 Проектный и проверочный расчет осей
В отличие от валов оси не работают на кручение и испытывают только деформацию изгиба.
Проверочные расчеты осей проводятся по тем же зависимостям, что для валов. При этом учитывают, что напряжения кручения = 0.
6. Подшипники
Подшипники предназначены для поддержания валов и осей на их геометрических осях и обеспечения вращательного движения.
В
зависимости от вида трения различают
подшипники качения и скольжения.