Проектный расчет

Расчет валов

Критерии работоспособности

Материалы

Для изготовления валов используют углеродистые стали марок 20, 30 40 45 и 50, легированные стали марок 20Х, 40Х, 40ХН, 18Х2Н4МА, 40ХН2МАи др., титановые сплавы ВТЗ-1, ВТ6 и ВТ9.

Выбор материала, термической и химико-термической обработки определяется конструкцией вала и опор, условиями эксплуатации. Например, быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому такие валы изготовляют из цементуемых сталей 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей 38Х2МЮА и др. Валы-шестерни по этой же причине изготовляют из цементуемых легированных сталей марок I2XH3A, I2X2H4A и др.

Валы и оси испытывают знакопеременные нагрузки, напряжения и деформации. Поэтому поломки валов и осей имеют усталостный характер.

Причины поломок валов и осей:

· на стадии проектирования - неверный выбор формы, неверная оценка концентраторов напряжений;

· на стадии изготовления - надрезы, забоины, вмятины от небрежного обращения;

· на стадии эксплуатации - неверная регулировка подшипниковых узлов.

Для работоспособности вала или оси необходимо обеспечить:

· усталостную прочность (оценивается коэффициентом запаса прочности);

· жёсткость (оценивается прогибом в местах посадок деталей);

Валы рассчитывают на совместное действие изгиба и кручения.

При составлении расчётной схемы валы рассматривают как балки, лежащие на шарнирных опорах. При выборе типа опоры полагают, что деформации валов малы и, если подшипник допускает хотя бы небольшой наклон или перемещение цапфы, его считают шарнирно-неподвижной или шарнирно-подвижной опорой. Подшипники скольжения или качения, воспринимающие одновременно радиальные и осевые усилия, рассматривают как шарнирно-неподвижные опоры, а подшипники, воспринимающие только радиальные усилия, - как шарнирно-подвижные.

Основными нагрузками на валы являются силы от передач, которые передаются через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колеса, звездочки, щкивы, муфты. При расчетах принимают, что насаженные на вал детали передают силы и моменты валу на середине своей ширины и эти сечения принимают за расчетные. Под действием постоянных по величине и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу.

Выполняется на первой стадии проектирования, когда известны только вращающие моменты на всех валах машины. При этом считается, что вал испытывает только касательные напряжения кручения

(8.1)

где - полярный момент сопротивления сечения. Для круглого сечения ;

=20-25 Мпа – заниженные значения допускаемых касательный напряжений.

Условие прочности по напряжениям кручения (8.1) удобно решать относительно диаметра вала

(8.2)

Это – минимальный диаметр вала. На всех других участках вала он может быть только больше. Вычисленный минимальный диаметр вала округляется до ближайшего большего из нормального ряда. Этот диаметр является исходным для дальнейшего проектирования.

Дата добавления: 2014-01-11