56.Валы и оси. Классификация. Расчет на прочность. Материалы

Для поддержания вращающихся деталей и для передачи вращающе­го момента от одной детали к другой (в осевом направлении) в кон­струкциях используют прямые валы в форме тел вращения, устанавли­ваемые в подшипниковых опорах.

В зависимости от воспринимаемых сил различают простые валы, торсионные валы и оси.Вал – деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии.

Цапфа - опорная часть вала или оси.

Шип – концевая цапфа.

Шейка – промежуточная цапфа.

Пята – концевая цапфа, предназначенная нести преимущественную осевую нагрузку.

Буртик – кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое.

Галтель – криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему.

Расчет на прочность. Этот расчет является основным для валов приводов, поэтому его выполняют в три этапа.

На первом этапе (предварительный расчет) при отсутствии данных об изгибающих мо­ментах диаметр вала (в миллиметрах) приближенно может быть найден по известному вращающему моменту Т из условия прочности по зани­женным значениям допускаемых напряжений при кручении:

(25.1)

где Т – вращающий момент, Н∙м; – допускаемое напряжение на кручение (12-20 МПа для стальных валов); Р – передаваемая мощ­ность, кВт; n– частота вращения вала, мин^-1.

На втором этапе разрабатывают конструкцию вала, обеспечивая условия технологичности изготовления и сборки.

На третьем этапе производят проверочный расчет – оценку ста­тической прочности и сопротивления усталости. Здесь же выполняют расчеты на жесткость, устойчивость и колебания.

На статическую прочность валы рассчитывают по наибольшей возможной кратковременной нагрузке (с учетом динамических и удар­ных воздействий), повторяемость которой мала и не может вызвать усталостного разрушения (например, по нагрузке в момент пуска установки). Валы могут быть нагружены постоянными напряжениями, например, от неуравновешенности вращающихся деталей.

Так как валы работают в основном в условиях изгиба и круче­ния, а напряжения от осевых сил малы, то эквивалентное напряжение в точке наружного волокна по энергетической теории прочности определяют по формуле

(25.2)

где и –соответственно наибольшее напряжение в расчетном сечении вала от изгиба моментом M_uи кручения моментом M_k.

Напряжения

(25.3)

где W_x и W_p – соответственно осевой и полярный момента сопро­тивления сечения вала (табл. 25.1),

57. Цепные передачи, схема передачи, виды передач, основные геометрические и кинематические характеристики, критерии работоспособности.

Передачу механической энергии между параллельными валами, осуществляемую с помощью двух колес — звездочек 1 и 2 и охватывающей их цепи 3, называют цепной передачей (рис. 1). Служат для передачи вращения между удаленными друг от друга параллельными валами.

Рис.1. Цепная передача: 1 — ведущая звездочка; 2 — ведомая звездочка; 3 — цепь; 4 — натяжное устройство

Цепная передача, как и ременная, принадлежит к числу передач с гибкой связью. Гибким звеном в этом случае является цепь, входящая в зацепление с зубьями звездочек. Цепь состоит из соединенных шарнирами звеньев, которые обеспечивают подвижность или «гибкость» цепи. Зацепление обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с ременной передачей. Цепную передачу можно классифицировать как передачу зацеплением с гибкой связью (ременная — трением с гибкой связью). Зацепление позволяет обойтись без предварительного натяжения цепи. В конструкции цепных передач для компенсирования удлинения цепи при вытяжке и обеспечения эксплуатационной стрелы провисания f ведомой ветви иногда предусматривают специальные натяжные устройства (см. рис.1). Кроме перечисленных основных элементов, цепные передачи включают смазочные устройства и ограждения.

Классификация

Цепные передачи разделяют по следующим основным признакам:

По типу цепей: с роликовыми , с втулочными ,с зубчатыми .

По числу рядов роликовые цепи делят на однорядные и многорядные (например, двухрядные).

По числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные (см. рис.1, 4, 5); специальные — многозвенные .

По расположению звездочек: горизонтальные; наклонные; вертикальные.

По способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройством ; с натяжной звездочкой .

По конструктивному исполнению: открытые, закрытые.

Основные геометрические и кинематические соотношения

Геометрические параметры передачи (см. рис.15).

Рис.15. Схема цепной передачи

1. Межосевое расстояние

где t — шаг цепи.

Шаг цепи является основным параметром цепной передачи и принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена о зуб в период набегания на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи.

При больших скоростях выбирают цепи с малым шагом. В быстроходных передачах при больших мощностях рекомендуются также цепи малого шага: зубчатые большой ширины или роликовые многорядные. Максимальное значение шага цепи ограничивается угловой скоростью малой звездочки.

Минимальное межосевое расстояние (мм) выбирают из условия минимально допустимого зазора между звездочками:

При известной длине цепи межосевое расстояние

2. Число звеньев цепи определяют по приближенной формуле

3. Допускаемая величина стрелы провисания

4. Делительный диаметр звездочки

5. Диаметр вершин зубьев: для втулочных и роликовых цепей

Критерии работоспособности цепных передач.

Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются:

1. Износ шарниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения), приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездочками (основной критерий работоспособности для большинства передач).

2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной критерий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в закрытых картерах с хорошим смазыванием.

3. Проворачивание валиков и втулок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления.

4. Выкрашивание и разрушение роликов.

5. Достижение предельного провисания холостой ветви — один из критериев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стесненных габаритах.

6. Износ зубьев звездочек.

В соответствии с приведенными причинами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничивается долговечностью цепи.

Долговечность же цепи в первую очередь зависит от износостойкости шарниров.

В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса прочности (s>[s]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U≤ [U]).