Тема 10.1. Валы и оси

4.

3.

Материалы

Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Пря­мые валы и оси обычно изготовляют из углеродистых и легированных сталей, последние применяют, для высоконагруженных валов. Валы из легированных сталей обычно подвергают термообработке. При изготовлении вала-шестерни материал вала соответствует материалу шестерни. Заготовки валов и осей – это круглый прокат или специальные поковки.

«Проектировочный расчет валов»

На практике используют следующий порядок расчета: предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета на кручение при пониженных допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, т.к. не известны расположения опор и места приложения нагрузок).

Напряжение кручения

=>

[ τ ] [тау] = 12…25 МПа – для редукторных валов.

2. после оценки диаметра вала разрабатывают его конструкцию.

3. выполняют проверочный расчет выбранной конструкции.

«Проверочный расчет валов»

F_a

F_t

F_r

R_x1

R_x2

R_у1

R_у2

1

2

Расчет валов базируется на разделах курса сопромата.

Σ М_и(г) = 0 Σ М_и(в) = 0 М_кр =Т_кр.

В схеме Мк — крутящий момент, возникающий в поперечных сечениях вала; F_B и F_г — силы, действующие на вал в вертикальной и в горизонтальной плоскостях.

Расчетная схема валов: а — схема нагружения; б — эпюра изгибающего момента вертикальной плоскости; в — эпюра изгибающего момента в горизонтальной плоскости; г — эпюра крутящего момента; д — эскиз вала

1. По чертежу узла составляют расчетную схему (рис.9, а).

2. Определяют действующие на вал силы; если они действуют не в одной плоскости, то их необходимо разложить по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. При угле между плоскостями менее 30° все силы можно рассматривать как действующие в одной плоскости.

3. Определяют опорные реакции:

в вертикальной плоскости

в горизонтальной плоскости.

4. Изгибающие моменты Ми и их эпюры:

в вертикальной плоскости — в сечении А и С Ми.в = 0;

в сечении В;

в горизонтальной плоскости — в сечении А и С Ми.г = 0;

в сечении В.

5. Суммарный изгибающий момент в сечении В

(9)

6. Определяют крутящий момент и строят эпюру (см. рис.9, г):

(10)

где Р — мощность, Вт; — угловая скорость, рад/с.

7. По формуле (6) определяют эквивалентный момент, диаметр вала между опорами определяют по формуле

(11)

Полученное значение d округляют до ближайшего большего стандартного.

8. Определяют диаметры под подшипниками don (рис.9, д) и округляют до большего стандартного значения.

«Расчет на прочность»

На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное. Расчет на усталостную прочность является проверочным и заключается в определении коэффициента запаса прочности и в сравнении его с допускаемым значением прочности.

S ≥ [ S ]

При совместном действии напряжений кручения и изгиба сопротивления усталости определяют по формуле:

,

где

- запас сопротивления усталости только по изгибу;

- запас сопротивления усталости только по кручению.

σ_-1 [сигма] и τ_-1 [тау] – предел выносливости

для углеродистых сталей σ_-1 ≈ 0,43 σ_в

для легированных сталей σ_-1 ≈ 0,5 σ_в + (70÷100) МПа

τ_-1 = 0,58 σ_-1

σ_а [сигма] и τ_а [тау] – амплитуды переменных составляющих циклов напряжений,

К_σ и К_τ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении (табличные значения),

σ_т и τ_т – постоянные составляющие

W_кр = 0,2d³

Ψ_σ и Ψ_τ [пси] – коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости,

К_d и К_F – масштабный фактор и фактор шероховатости поверхности (табличные значения).

В результате изучения студент должен знать:

- материалы валов и осей;

- конструктивные элементы валов и осей;

- основы конструирования валов и осей;

- критерии работоспособности валов и осей.

Содержание лекции

Основные понятия

Классификация валов и осей

Материалы, применяемые для изготовления валов и осей

Конструктивные элементы валов и осей

Рекомендации по конструированию валов и осей

Критерии работоспособности валов и осей

Дата добавления: 2014-01-07