Проверочный расчет валов

Детали вращательного движения

В машинах много разнообразных деталей вращательного дви­жения: зубчатые колеса, шкивы ременных передач, барабаны, звез­дочки цепных передач, маховики, шпиндели станков, колеса авто­мобилей и гидротурбин. Все эти вращающиеся детали устанавли­вают на валах или осях.

Осью называется деталь, предназначенная только для поддер­жания вращающихся деталей; оси не передают крутящего момента. Чаще всего оси изготовляются прямыми и могут быть двух типов: невращающимися и подвижными, т. е. вращающимися вместе с установленными на них деталями. На расчетных схемах оси пред­ставляют балками, нагруженными изгибающими моментами, т.е. при расчетах не учитывают крутящий момент и силы трения.

Валы, в отличие от осей, не только поддерживают вращаю­щиеся детали машин, но и передают крутящие моменты, поэтому их рассчитывают на совместное действие кручения и изгиба. Если значения крутящих моментов на валу значительно больше значе­ний изгибающих моментов, то валы считаются легко нагружен­ными и их рассчитывают на кручение, пренебрегая изгибом.

По форме геометрической оси валы разделяют на прямые и ко­ленчатые. Коленчатые валы применяют при необходимости пре­образования в машине возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот. В таких валах совмещаются функции валов с функциями кривошипов в кривошипно-шатунных меха­низмах. Особую группу составляют гибкие валы, положение гео­метрической оси которых может изменяться в пространстве.

Чаще всего оси и валы имеют две опоры, но существуют и мно­гоопорные трансмиссионные валы, отдельные части которых соединяются муфтами.

Опорные части валов и осей называют цапфами (1 на рис. 5), причем промежуточные цапфы называют шейками, а концевые -шипами. Цапфы передают на опоры радиальную нагрузку; длина цапфы под подшипники качения меньше, чем под подшипники

Рис. 5

 

скольжения. Для соединения вала или оси с другими деталями на поверхностях делают шпоночные пазы 4, отверстия 3; нарезают резьбу 2 и шлицы 6 (см. рис. 5). Резкие изменения сечений вала снижают его усталостную прочность. Поэтому переход от одного сечения к другому должен выполняться плавно, в виде галтелей 5.

При вертикальном расположении вала осевые силы вала давят на подпятник. В больших гидроагрегатах (типа Волжской ГЭС) подпятники испытывают осевую нагрузку, достигающую 34 МН.

Задачами расчета валов является обеспечения усталостной прочности, ограничение деформаций изгиба и кручения, возможных поперечных и крутильных колебаний. Расчет и конструирования валов – взаимосвязанные процессы, поэтому расчет валов состоит из двух этапов: проектного и проверочного расчета.

 

 

Проектный расчет

 

При проектном расчете валов, как правило, известны нагрузки и размеры основных деталей, расположенных на валу. Нужно выбрать материал и определить размеры вала.

 

Порядок проведения проектного расчета.

 

1 Предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета только на кручение при заниженных допускаемых напряжениях.

 

Из условия прочности на кручение

 

t =

T

=

T

£ t

]

,

0,2 d 3

Wr

[

определяют диаметр вала

d ³3

T

.

0,2 t

]

[

Как правило, принимают t = 20...30

МПа для трансмиссионных валов;

t =12...15 МПа для редукторных валов.

Проверочный расчет валов

 

Порядок проведения проверочного расчета валов.

1. Выбирают расчетную схему и определяют расчетные нагрузки.

 

2. Находят опасные сечения, обусловленные наибольшим изгибающим моментом, ослабленные концентраторами напряжений: галтель, виточка, шпоночный паз, резьба и т.п.

 

3. Проводят расчет на статическую прочность. Например, при использовании энергетической теории прочности эквивалентные напряжения определяются по формуле

 

s _е = s _max²+3 t _k ²£[ s ]_max,

где допускаемые напряжения: [ s ]

= 0,6¼0,8 sT,

Вопросы:

- Какие детали относят к деталям вращательного типа?

- В чем отличие вала от оси? Классификация валов и осей по назначению     и по геометрической форме?