36. Область применения расчетов валов на прочность. Что следует предпринять в случае невыполнения условия прочности вала?

Прочность валов и осей определя­ется величиной и характером напряжений, возникающих в них под дейст­вием нагрузок. Постоянные по величине и направлению нагрузки вызыва­ют в неподвижных осях постоянные напряжения, а во вращающихся осях (и валах) — переменные. При разработке конструкции вала должно быть обращено самое пристальное внимание на вы­бор правильной его формы, чтобы избежать концентрации на­пряжений в местах переходов, причиной которых могут быть усталостные разрушения.  С этой целью следует избегать:

а) резких переходов сечений;

б) канавок и малых радиусов скруглений;

в) некруглых отверстий;

г) грубой обработки поверхности.

Валы и оси в основном испытывают циклически меняющиеся напря­жения. Отсюда следует, что основным критерием работоспособности валов и осей является усталостная прочность. Статическое разрушение встречается очень редко. Оно происходит под действием случайных кратковременных перегрузок. Для валов расчет на сопротивление усталости (уточненный расчет) считается основным. Расчет на статическую прочность выполняют как проверочный.

Усталостная прочность (выносливость) валов и осей оценивается коэф­фициентом запаса прочности.

Неподвижные оси при действии постоянных нагрузок рассчитывают только на статическую прочность.

Ориентированный расчет: выполняют на начальной стадии проектирования.

Расчет выполняют по заниженному значению допускаемых напряжений, т.о. учитывают, что вал нагружен еще и напряжением изгиба.

Приближенный расчет:

Выполняют после эскизирования при:

- повышенной ответственности конструкции;

- в случае неясности пути конструирования узла.

Расчету подвергают самое нагруженное сечение вала.

Уточненный расчет: является проверочным после окончания конструирования вала. Проводят когда:

-напряжение изгиба изменяется по симметричному циклу;

-напряжения изменяются по отнулевому циклу.

Если в результате расчета получается недостаточная прочность, то следует применить конструктивные и технологические меры:

- снижение силы концентратора;

- повышение поверхностной прочности;

- замена материала;

- увеличение размера.

Наиболее эффективно поверхностное упрочение, которое осуществляют либо пластическим деформированием, либо физическими методами.

37.чем отличаются валы от осей? почему валы конструируют ступенчатыми? каковы допустимые размеры одной «ступени» на валу? почему нельзя делать «ступень» большей величины? что следует предпринять в случае невыполнения условия прочности вала?(см. вопрос 31)

Детали, на которые насаживают вращающиеся детали машин (например, шкивы, зубчатые колеса), называют валами и осями. Различают валы и оси по условиям нагружения: валы передают крутящий момент вдоль своей оси вращения и испытывают напряжения изгиба, сжатия, растяжения и кручения; оси не передают крутящий момент и нагружаются только изгибающими напряжениями.Валы и оси имеют общую функцию поддерживать насажанные на них детали. Ступенчатая форма вала определяется стремлением приблизить его очертания к форме балки равного сопротивления изгибу. Балкой равного сопротивления изгибу называют брус, во всех поперечных сечениях которого наибольшие напряжения изгиба одинаковы. Такой брус круглого поперечного сечения имеет форму кубического параболоида вдоль своей оси. Однако изготовить брус, имеющий форму кубического параболоида, весьма сложно, и эта форма неудобна для посадки на вал сопряженных с ним деталей. Поэтому вал (ось) выполняют состоящим из цилиндрических и конических участков разных диаметров. Это делают для того, чтобы материал вала как можно равно­мернее нагружался по всему своему объему.Оси и валы опираются на неподвижные опорные части – подшипники и подпятники. Участки осей и валов, непосредственно соприкасающиеся с опорами, называют цапфами. Концевые цапфы называют шипами, а промежуточные цапфы – шейками. Торцы, упирающиеся в неподвижную опору и препятствующие осевому смещению вала (оси), называют пятами. Они могут быть плоскими, шаровыми или коническими.Перепад двух соседних участков вала называют ступенью, например: одна из ступеней вала – хвостовик диаметром d и соседний участок диаметром D. Минимальная величина ступени составляет 2...3 мм на сторону, т.е. перепад по радиусу. Торцевые поверхности ступеней вала (оси) называют заплечиками. Различие между диаметрами соседних цилиндрических участков вала (оси) должно обеспечивать дос­таточные размеры заплечиков для осевой фиксации насаживаемых на вал (ось) деталей вращения. Сопряжение двух соседних участков ступени вала (оси), называемое галтелью, желательно выполнять посредством плавного перехода дугой как можно большего радиуса. Радиус галтели обычно принимают в пределах от 0,05 ^.d до 0,10 ^.d. Галтель снижает концентрацию напряжений в месте перехода от одного диаметра вала к другому. Особенно это важно при переменных нагрузках на вал.

Переход от одного диаметра вала к другому, выполненный по следующему рис.нерационален, так как выточка – сильный концентратор напряжений. Влияние выточки можно несколько смягчить, выполнив ее согласно рис

МЕРЫ ПРИ НЕДОСТАТОЧНОЙ прочности вала: Если в результате расчета будет установлено, что усталостная прочность вала в каком-либо его сечении недостаточна, то необходимо принять конструктивные или технологические меры (они расположены по мере усиления их действия):

1) повысить поверхностную прочность вала за счет термической обработки или наклёпа;

2) конструктивно ослабить силу концентратора, например, увеличить радиус галтели;

3) заменить материал вала на более прочный;

4) увеличить абсолютные размеры сечения вала.

Наиболее эффективно поверхностное упрочнение пластическим деформированием (обкатка роликом, обдувка дробью и т.п.) или фи­зическими методами (лучом лазера, ионной бомбардировкой и др.) зон концентрации напряжений: проточек, шпоночных пазов, гал­телей и др

МЕРЫ ПРИ ИЗБЫТОЧНОЙ прочности вала: применение др.материла и уменьшение размеров.