double arrow

Проектный расчет валов. Методические указания


Н.Г. Каримова, С.В. Шафиева, О.Н. Волкова, Н.И. Миндиярова

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ

Методические указания

по выполнению расчетно-графических работ

по дисциплине «Теоретическая и прикладная механика.

Детали машин и основы конструирования»

Для бакалавров направления подготовки 131000 «Нефтегазовое дело»,

Всех форм обучения

АЛЬМЕТЬЕВСК 2013

УДК 621.81 (001.24)

К 23

Каримова Н.Г., Шафиева С.В., Волкова О.Н., Миндиярова Н.И.

Расчет и конструирование валов: Методические указания по выполнению расчетно-графических работ по курсу «Теоретическая и прикладная механика. Детали машин и основы конструирования» для бакалавров направления подготовки 131000 «Нефтегазовое дело», всех форм обучения. – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2013. - 25 с.

В методическом указании изложены основы рационального конструирования и расчеты валов на прочность, которые иллюстрируются числовыми примерами и чертежами.

Рецензент:

М.М. Алиев – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ТХНГ АГНИ.

© Альметьевский государственный

нефтяной институт, 2013




Содержание

1. Введение…………………………………………………………………..4

2. Проектный расчет валов…………………………………………………4

3. Расчет вала на статическую прочность ………………………...……..10

3.1 Материалы валов……………………………………………….…10

3.2 Нагрузки валов ………………………………………………..…..10

3.3 Опасные сечения вала и номинальные напряжения ……….…..14

3.4 Расчет на сопротивление усталости ……………………………15

4. Конструирование валов ………………………………………………..19

5. Шпоночные соединения ……………………………………………….20

Пример конструирования и расчета быстроходного вала……………….21

Приложения………………………………………………………………...35

Приложение 1. Расчетные схемы валов

Приложение 2. Моменты сопротивления сечений валов

Приложение 3. Подшипники

Приложение 4. Шпоночные соединения с призматическими шпонками

Приложение 5. Коэффициенты влияния поверхностного упрочнения стальных валов диаметром до 40мм

Приложение 6. Конструкции валов

Литература

Введение

Вал предназначен для передачи вращающего момента вдоль своей оси, а также для поддержания расположенных на нем деталей и восприятия действующих на эти детали сил. Примером могут служить валы редукторов.

В методическом указании излагается расчет и основы конструирования валов. Приведенные примеры помогают усвоить методы и получить навыки рационального конструирования и расчета валов на прочность.

Проектный расчет валов

Проектируемые валы испытывают сложную деформацию – совместное действие изгиба, кручения и растяжения (сжатия).



Расчет валов проводится в два этапа: проектировочный только под действием крутящего момента и проверочный расчет с учетом крутящего и изгибающего моментов.

Проектный расчет валов выполняют на статическую прочность с целью ориентировочного определения диаметров отдельных ступеней. В начале расчета известен только вращающий момент . Изгибающие моменты оказывается возможным определить лишь после разработки конструкции вала, когда согласно общей компоновке выявляют его длину и места приложения действующих нагрузок. Поэтому проектный расчет вала выполняют условно только на кручение, а влияние на прочность вала изгиба, концентрации напряжений и характера изменения нагрузки компенсируют понижением допускаемого напряжения на кручение .

Для облегчения сборки и разборки узла вала, замены подшипников и других насаживаемых деталей валы выполняют ступенчатыми. Примеры таких конструкций представлены на рисунке 1.

Определение геометрических размеров валов.

1. В зависимости от того, какой вал проектируется, определяется диаметр входного участка или диаметр выходного участка из расчета на чистое кручение по формуле, известной из курса сопротивления материалов:

, (2.1)

где – вращающий момент, действующий в расчетном сечении вала, Н·мм; - допускаемое напряжение на кручение, МПа. Значения , рекомендуемые для определения диаметров валов редукторов, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Условные допускаемые напряжения при кручении , МПа



  Вал редуктора Тип редуктора
Одноступенчатый Двухступенчатый соосный Двухступенчатый
Быстроходный 6…..10
Промежуточный -
Тихоходный

Полученный результат округляют до ближайшего большого значения из стандартного ряда [1]: 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 33; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130 и далее через 10 мм.

Для удобства соединения вала редуктора с валом электродвигателя стандартной муфтой соблюдают условие, чтобы диаметры соединяемых валов имели размеры, отличающиеся не более чем на 20 %.

Длина входного или выходного участка вала редуктора определяется как:

2. Диаметр ступени вала под подшипник (диаметр подшипниковой шейки) (рис. 1 а, б, г) . Полученные значения следует согласовать с диаметром внутреннего кольца подшипника (таблица ). Для вала-шестерни конической (рис. 1 в): под подшипники , где - диаметр вала под резьбу, полученное значение необходимо согласовать с параметрами внутренних резьб стандартных шлицевых гаек по таблице, - под сквозную крышку.

Длина ступени вала под подшипник и сквозную крышку (рис. 1 а, б, г): Длина вала под подшипник (рис. 1 а, б, г): - для шариковых подшипников; для роликовых - (таблица ). Длина ступени под резьбу у вала-шестерни конической , под сквозную крышку -

3. Диаметр следующей ступени вала определяют по формуле , учитывая технологию изготовления вала, удобство сборки и разборки. Полученные диаметры шеек вала должны быть округлены до ближайшего стандартного значения. Длина определяется графически. На рисунке 1в также определяется графически.

4. Переходной участок вала между двумя смежными ступенями разных диаметров выполняют галтелью радиуса (рис. 2).

5. В конической передаче на валу-шестерне осевая фиксация подшипников осуществляется круглой гайкой с многолапчатой шайбой. В этом случае на резьбовом участке вала выполняют канавку под язычок стопорной многолапчатой шайбы (рис. 4).

6. Шпоночный паз на цилиндрическом конце вала следует выполнить открытым и установить призматическую шпонку, размеры которой определяются в зависимости от диаметра вала (рис. 5). Длина паза и шпонки должна быть на 4…5 мм короче цилиндрического конца вала. Длина призматической шпонки, установленной на промежуточной ступени вала, должна быть на 5….10 мм короче ступицы.

Если на валу предусмотрено несколько шпоночных пазов, то для удобства фрезерования их располагают на одной образующей вала и выполняют одной ширины, выбранной по меньшему диаметру вала.

Рис. 2.1. Типовые конструкции валов одноступенчатых редукторов:

а – быстроходный - червячного; б - быстроходный - цилиндрического;

в – быстроходный - конического; г – тихоходный ( - в коническом редукторе)







Сейчас читают про: