3.5. Критерии работоспособности валов и осей.

Работоспособность – способность объекта выполнять заданные функции.

Основными критериями работоспособности валов и осей являются прочность, жесткость и виброустойчивость.

Прочность – способность детали выдерживать приложенные нагрузки без разрушения. Рассматривают прочность по хар-ру нагрузок: статическая, усталостная и ударная. Расчеты на прочность обычно выполняют по допускаемым напряжениям.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы под действием сил.

Износостойкость – способность материала деталей оказывать сопротивление изнашиванию. Меры, снижающие износ:

а) Выбор материала и смазки;

б) Защита от загрязнения;

в) Равномерное нагружение поверхностей трения;

г) Замена трения скольжения – трением качения.

Виброустойчивость – сопротивление появлению в машинах вредных динамических нагрузок в виде вынужденных колебаний и автоколебаний.

3.6. Расчетные схемы валов и осей.

На валы и оси при эксплуатации действуют нагрузки в виде сосредоточенных и распределенных сил радиального и осевого направлений, а также изгибающих моментов; на валы действуют еще крутящие моменты. Эти нагрузки могут быть постоянными или переменными.

По чертежу вала (оси) составляют расчетную схему в которой валы и оси рассматривают как балки на шарнирных опорах, к которым прикладывают внешние силы и моменты, приводя их действие к двум взаимно перпендикулярным плоскостям - горизонтальной и вертикальной.

В расчетных схемах используют три типа опор: шарнирно-неподвижную, шарнирно-подвижную и защемление или заделку. Защемление применяют иногда в опорах неподвижных осей. Для вращающихся валов и осей защемление не допускают. Подшипники, одновременно воспринимающие осевые и радиальные силы, считают шарнирно-неподвижными опорами, а подшипники, воспринимающие только радиальные нагрузки, считают шарнирно-подвижными.

Нагрузки от зубчатых колес, шкивов, звездочек и других, насаженных на валы и оси деталей передаются на валы и оси через поверхности контакта и являются распределенными.

Характер распределения показан на рис, е и ж. В расчетных схемах валов и осей эти нагрузки для упрощения заменяют сосредоточенными и приложенными в середине ширины ступицы, а сечения вала или оси в этом месте принимают за расчетные (рис. е). Более точно положение расчетных сечений следует принимать на расстоянии (0,2... 0,25)/от торцов ступицы (рис. ж).

3.7. Изгибная и крутильная жесткость вала. Параметры их оценки.

Упругие деформации валов и осей, как правило, оказывают неблагоприятное влияние на работу связанных с ними соединений (шлицевых, шпоночных и др.), подшипников, зубчатых передач и других деталей и узлов, увеличивают концентрацию напряжений, снижают сопротивление усталости деталей и соединений, увеличивают износ, понижают точность механизмов и т. д. Большие перемещения сечений валов от изгиба могут привести к заклиниванию.

При проектировании валов (осей) следует рассчитать прогибы и углы поворота характерных сечений, например, в опорах вала, местах установки зубчатых колес и сравнить их с допускаемыми. Прогибы и углы поворота вычисляют, используя интеграл Мора или правило Верещагина

Крутильная жесткость и угол закручивания валов

в различных машинах имеют неодинаковое значение. В тех случаях, когда с одного трансмиссионного вала движение синхронно передается нескольким взаимозависимым исполнительным механизмам, например, в механизмах крановых мостов и порталов, поперечин тяжелых станков и т. п., угол закручивания вала должен быть небольшим - порядка 15' на метр длины вала. В точных металлорежущих станках и устройствах автоматического управления и контроля углы закручивания должны быть еще меньше, порядка 5' на метр длины. В других машинах, таких, как автомобили, тракторы, морские и речные суда, главные приводные валы могут иметь значительно большие углы закручивания без ущерба для работы машины; в подобных конструкциях угол закручивания валов часто вообще не проверяется.

Для валов машин, в которых опасны крутильные колебания, например в приводах от поршневых двигателей, крутильная жесткость имеет большое значение для предотвращения резонансных колебаний.