Лекция 17. Детали, обеспечивающие вращательное движение

Детали, обеспечивающие вращательное движение.

1. Оси и валы.

Общие сведения.

Детали, на которые устанавливаются вращающиеся части машины, называют осями или валами. Последние устанавливаются в опорах.

Ось предназначена только для поддержания деталей, устанавливается либо подвижно, либо неподвижно в опорах и работает только на изгиб, а крутящий момент не передает. Можно сказать, что ось является как бы частной разновидностью вала.

Вал, помимо указанных функций для оси, еще служит для передачи крутящего момента от одной детали к другой. Вал в опорах устанавливается подвижно и, следовательно, всегда вращается.

Классификация валов.

По форме геометрической оси валы различают:

1. прямые;

2. коленчатые;

3. гибкие.

По конструкции различают валы

1. гладкие (чаще оси);

2. ступенчатые;

3. сплошные или полые.

Образование ступеней связано с необходимостью закрепления деталей и самого вала. Кроме того, изменение размеров сечений позволяет приблизить форму вала к наивыгоднейшей форме бруса равного сопротивления.

Место сопряжения двух участков вала называется галтелью. Опорные участки – цапфами. Цапфы, воспринимающие опорные реакции осевого направления, называют пятами.

Наибольшее распространение получили прямые сплошные валы. Они изготавливаются из среднеуглеродистых сталей и легированных с термообработкой или без термообработки. Чем более ответственный и тяжелонагруженный вал, тем предпочтительнее применять легированную сталь.

Критерии работоспособности и расчет валов и осей.

Оси могут испытывать в процессе работы как постоянные, так и переменные нагрузки, а валы, как правило, переменные. Обычно на ось действуют изгибающие моменты, а на вал изгибающие и крутящие. Влияние перерезывающих, растягивающих и сжимающих сил незначительно и в расчетах в большинстве случаев не учитывается. Под действием сил валы и оси могут получать значительные прогибы, а при вращении из-за этих прогибов и неуравновешенности – допустимые колебания. Таким образом, критериям работоспособности валов являются прочность, жесткость и колебания. По этим критериям и производят расчет валов.

Расчет валов.

Расчет валов на прочность производят, как правило, в три этапа.

Ориентировочный расчет. Так как размеров вала еще нет, то ориентировочно определяют по заниженным касательным напряжениям из формулы τ = Тк/Wp ≤ [τ] диаметр вала d = ; τ = Тк/0,2d³≤[τ]

[τ] - принимают для быстроходных валов 15 МПа, для тихоходных – 30 МПа. При этом этапе расчета нормальное напряжение от изгибающего момента не учитываются, т.к. они еще не могут быть определены из-за отсутствия размеров, в частности межопорных размеров. Этот расчет в принципе можно и не проводить, если имеется возможность определить диаметр из сопоставления с другими валами. Для осей этот расчет не проводят.

Приближенный расчет или проектный.

При проектном расчете должны быть известны нагрузки, действующие на валы и расстояние между опорами. Согласно этому расчету проводят определение диаметров вала во всех сечениях, где наблюдается перегиб эпюр изгибающих и крутящих моментов, и после этого конструктивно оформляют вал. Расчетными зависимостями являются: определение эквивалентного момента в расчетных сечениях Мэкв = Мu² + αТкр², где

α – коэффициент, учитывающий характер действия крутящего момента; при пульсирующем характере α = 0,75, при симметричном цикле α = 1.

Диаметр вала определяют по зависимости d =

Мu =

[σ] - допускаемые номинальные напряжения, выбираемые из таблиц.

Последовательность расчета: определение действующих на вал нагрузок, принятие расчетной схемы, представление расчетной схемы в двух проекциях, построение эпюр изгибающих моментов в двух плоскостях и крутящего момента, построение эпюры эквивалентного момента, принятие допускаемых напряжений, определение диаметров вала, конструктивное оформление вала.

Этот расчет может не проводиться, если имеется возможность из ориентировочного расчета сконструировать вал.

Оба вышеизложенных расчета являются расчетом на статистическую прочность при заниженных напряжениях и не дают точную картину действующих в валу напряжений, так как на вал действуют переменные напряжения. Поэтому проводят еще расчет вала на усталостную прочность. Этот расчет является основным, но в связи с тем, что он не может быть выполнен при отсутствии размеров и элементов вала, его проводят как проверочный и часто называют расчет на запас усталостной прочности, он заключается в определении запаса прочности и сравнения его с допустимым, т.е. n ≥[n]≥1,5.

Расчетные зависимости:

1/ n² = 1/ n σ²+1/ nτ²; n = (nσ· nτ)/

nσ – запас прочности при изгибе;

nτ – запас прочности при кручении.

Расчет на жесткость.

Под действием нагрузок валы деформируются и получают прогибы или угловые перемещения. В результате прогиба может быть нарушена правильность зацепления в передачах, ухудшиться точность обработки и т.п., поворот вала на угол больше допустимого, ухудшает работу подшипников, а закручивание вала под действием крутящего момента может нарушить кинематику передачи. Расчет валов на жесткость заключается в определении прогибов валов, углов поворота и углов закручивания φ и сравнение их с допустимыми величинами f≤[f]; φ≤[φ]; Ө≤[Ө].

Величины f и Ө можно определить по зависимостям, приведенным в сопромате, а их допустимые величины задаются в зависимости от назначения валов.

Расчет на колебания.

Расчет на поперечные колебания сводится к проверке ненаступления резонанса. Обычно этот вид расчета проводят для быстроходных валов.

Дата добавления: 2014-01-06