Проектировочный расчет

Способы передачи нагрузок на валы.

Основными силами действующими на валы, являются силы от передач. Силы на валы передают через насаженные на них детали: колеса, шкивы, звездочки, полумуфты и…На расчетных схемах силы и вращающиеся моменты изображают, как сосредоточенные и приложенные в середине ступиц. Радиальные силы передают либо через контакт ступицы и вала, либо через подшипники.

Осевые силы передают:

Значительные – упором деталей в уступы на валу, посадкой деталей с натягом. Средние - гайками, кольцами пружинными. Легкие – пружинными кольцами, стопорными винтами.

Передачу вращающего момента осуществляют соединениями: с натягом, шлицевыми, шпоночными, фрикционными коническими кольцами и… Обязательную для конических соединений осевую силу создают гайкой или винтом и торцевой шайбой.

Силы тяжести и трения не учитывают Основными критериями работоспособности являются прочность (оценивают коэффициентом запаса прочности – S) и жесткость (оценивают прогибом, углом поворота или углами. Установлено, что разрушение валов и осей в большинстве случаев носит усталостный характер. Поэтому основным является расчет на сопротивление усталости.

Основными расчетными силовыми факторами являются вращающие Т и изгибающие М моменты. Влияние растягивающих и сжимающих сил мало и их не учитывают.

Основными критериями работоспособности является прочность – оценивается коэффициентом запаса при расчете валов и осей на статическую прочность на сопротивление усталости, а жесткость – прогибом, углами поворота или углами закручивания сечений в местах установки деталей. Быстроходные валы рассчитывают на сопротивление усталости..

Выполняют на статическую прочность с целью ориентировочного определения диаметров отдельных ступеней. Вращающий момент известен в начале расчета Т. Изгибающий момент определяем после разработки конструкции вала (По компоновке длина, места приложения нагрузок). Поэтому проектировочный расчет вала проводим условно только на кручение, а влияние на прочность изгибов, концентрации напряжений, характера изменений нагрузки компенсируем понижением допускаемого напряжения на кручение

При проектировочном расчете валов редуктора определяют диаметр сечения характерного участка: конца входного (выходного) вала, места расположения зубчатого колеса на промежуточном валу Диаметры других участков вала назначают с учетом конструктивных особенностей. назначения, технологии изготовления и сборки.

Диаметр расчетного сечения вала: ,

где [τ]_к – допускаемое напряжение на кручение, МПа.

Для валов из Ст5, Ст6, 45 принимают:

[τ]_к = (20…28)МПа – при определении диаметра конца вала;

[τ]_к = (14…20)МПа – диаметр участка промежуточного вала в месте установки колеса. Полученный диаметр округляют до ближайшего значения из ряда нормальных линейных размеров. При проектировании редуктора диаметр конца входного вала можно принять равным:

d_Б = (0,8…1)d_э.

4. Проверочный расчет валов.

Под воздействием внешних нагрузок вращающиеся валы подвержены периодическому нагружению. После конструктивного оформления вала выполняют проверочный расчет на статическую прочность, на сопротивление усталости и на жесткость. Валы при составлении расчетной схемы рассматривают, как балки на жестких шарнирных опорах. При выборе типа опоры полагают, что деформации малы. Подшипники качения и скольжения воспринимающие радиальные и осевые нагрузки рассматриваем, как шарнирно неподвижные (фиксирующие) опоры, а подшипники воспринимающие только радиальные нагрузки как шарнирно-подвижные (плавающие). Условную опору размещают в середине ширины радиальных подшипников или со смещением от торца радиально-упорных. Для конических роликовых подшипников а = 0,5[T + (d + D)e/3]

T – монтажная высота;

d – диаметр отверстия внутреннего кольца;

D – наружный диаметр;

e – коэффициент осевого нагружения.

Порядок расчета:

1.По чертежу сборочной единицы вала составляют расчетную схему вала, на которую наносят все внешние силы, нагружающие вал, приводя плоскости их действия к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (горизонтальной Х и вертикальной Y)

Определяют реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

1. Строят эпюры изгибающих моментов М_х и М_у.

2. Строят эпюру крутящего момента М_к

Если консольный участок выходного (входного) вала нагружен силой F_к, действующей со стороны муфты, ременной или цепной передач и направление вектора силы заранее не известно, то эпюру изгибающего момента строят отдельно, не совмещая ее с плоскостями Х и Y.

2.Предположительно устанавливают опасные сечения исходя из эпюр моментов, размеров и формы поперечных сечений вала. (1 сечение – место установки зубчатого колеса, посадка ступицы на вал с натягом, шпоночный паз, шлицы. 2 сечение – место установки подшипника качения (нагружено крутящим и изгибающим моментами). Проверяют прочность в опасных сечениях.