Расчет валов на прочность и жесткость

При работе валы испытывают кручение и изгиб. Поэтому основными расчетными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты.

Проектный расчет валов производят на статическую прочность для ориентировочного определения диаметров, обычного выходного конца вала. Он определяется по расчетному крутящему моменту. Остальные диаметры назначают при разработке конструкции с учетом технологии изготовления и сборки. Изгибающие моменты находят после разработки конструкции вала.

Расчетный диаметр выходного конца вала получают из условия прочности , (9.1)

и условия жесткости

θ = φ / l = М_К / G · I_p ≤ [θ], рад/м, (9.2)

где φ – угол закручивания ( крутильная жесткость) на длине вала l

φ = 180⁰ М_К ∙l / G · I_p ∙π, град, (9.3)

- θ – угол закручивания в радианах на единицу длины вала.

- М_К –крутящий момент, Н∙мм;

- τ, [ τ ] – расчетное и допускаемое касательное напряжение, Н/мм²;

- = = 0,2 d³ − полярный момент сопротивления мм³;

- І_р − полярный момент инерции, мм⁴;

- G = 8· 10⁴ – модуль сдвига для стали, Н/мм²;

Из формул (1) и (2) следует, что

, и (9.4)

Полученное значение d округляется до стандартного значения. За расчетный принимается большее значение.

3. Подшипники скольжения: назначение, конструкция, материалы

Подшипники являются опорами для валов и осей. В зависимости от видов трения они делятся на:

- подшипники скольжения;

- подшипники качения;

Подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладыша и смазочных материалов (устройств).

Основным элементом подшипника является вкладыш. Он может быть подвижным, неподвижным, самоустанавливающимся, разъемным, неразъемным.

Неразъемные вкладыши применяют для жестких валов и осей с малой скоростью вращения. Их недостатком является отсутствие возможности компенсации износа рабочей поверхности отверстия путем сближения одной его части с другой.

Разъемные вкладыши состоят из корпуса, разрезного вкладыша крышки и болтов. Вкладыш неподвижен. Корпуса крышки подшипника обычно отливают из чугуна или делают сварными.

Вкладыш представляет собой втулку (из чугуна, бронзы, древесного пластика или другого антифрикционного материала), запрессованную в отверстие.

Вкладыши бывают:

- бронзовые – применяются при средних скоростях и больших нагрузках; - с баббитовой заливкой – в подшипниках при тяжелых и средних режимах работы (дизели, компрессоры и т.д.);

- чугунные – применяются в тихоходных механизмах;

- металлокерамические – применяются в тихоходных механизмах, трудно-доступных для смазки. Их получают прессованием с последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова и свинца. Они обладают большой пористостью и могут работать без масла после предварительной пропитки.

- вкладыш из неметаллических материалов – пластмассы, древесно-слоистые пластики, дерево, резина. Они хорошо прирабатываются, могут работать при смазывании водой. Применяют для гребных винтов, насосов, пищевых машин и т.п.

Для нормальной работы подшипников, трущиеся поверхности цапфы и вкладыша должны смазываться. Смазка может осуществляться под давлением или без давления.

В качестве смазочных материалов применяются жидкие или густые (консистентные мази).

Смазочным материалом кроме жидких и густых смазок могут быть также твердые: графит, слюда и газообразные: воздух, пары углеводородов – применяются в малонагруженных, но высокоскоростных механизмах.

Для смазки могут применяться: пресс-масленки, колпачковые масленки, фитильные масленки, смазывание кольцом, смазывание разбрызгиванием, циркуляционное смазывание.