2015-04-30
4338
Основными нагрузками, действующими на валы, являются силы от передач. Нагрузки на валы передаются через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колеса, шкивы, звездочки, полумуфты и др.
Расчетную схему составляют по чертежу сборочной единицы вала. Вал на подшипниках рассматривают как балку на двух шарнирных опорах, расположенных на оси вала.
В простых расчетах принимают, что насаженные на вал детали передают сосредоточенные силы и моменты валу на середине ширины зубчатого венца колеса и звездочки, обода шкива и т.д. Если силы, действующие на вал, расположены в разных плоскостях, то их раскладывают на две взаимно перпендикулярные плоскости (горизонтальную ХZ и вертикальную УZ).
При составлении расчетной схемы вала необходимо правильно определить направление сил и крутящих моментов. Момент движущих сил, приложенных к валу, совпадает с направлением вращения вала. Момент сил сопротивления направлен противоположно вращению вала. Следовательно, окружная сила 
на ведущей шестерне создает момент сопротивления, направленный против вращения, а на ведомом колесе создает движущий момент по направлению вращения.
Радиальная сила 
всегда направлена по радиусу к центру колеса.
Направление осевой силы 
на цилиндрическом косозубом колесе зависит от направления винтовой линии зубьев. Шестерня и колесо цилиндрического косозубого зацепления должны иметь противоположное направление винтовой линии зубьев. Конические передачи с круговыми зубьями следует проектировать так, чтобы осевая сила на шестерне была направлена от вершин к основанию конуса. В червячной передаче направление силы зависит от направления витков червяка.
Консольная сила от муфты 
перпендикулярна оси вала, но ее направление в отношении окружной силы может быть любым. Поэтому рекомендуется принять худший случай нагружения – направить силу противоположно силе , что увеличит напряжения и деформацию вала.
Поперечную силу от муфты приближенно можно принять
, (3.1)
где 
- вращающий момент; 
- диаметр действия окружной силы в муфте (таблица 3.2).
Таблица 3.2 - Предельные частоты вращения 
и ориентировочные диаметры 
передачи окружной силы в муфтах
| Диаметр посадочно-го отвер-стия, мм | Муфта упругая | Муфта компенсирующая цепная | ||||
| Втулочно-пальцевая | Со звездочкой | |||||
,  | , мм | , | , мм | , | , мм | |
| 12; 14 16; 18 20; 22 25; 28 32; 36 40; 45 50; 55 80; 90 | - - - - | - - - - | - - | - - |
Для соединения выходного конца вала ротора двигателя и входного вала редуктора применены упругие втулочно-пальцевые муфты и муфты со звездочкой. Для соединения выходного конца вала редуктора и приводного вала рабочей машины применены цепные муфты.
После составления расчетной схемы, на которую нанесены все внешние силы, нагружающие вал, определяют реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях (см. рис. 3.1). В этих же плоскостях строят эпюры изгибающих моментов 
и 
, эпюру суммарных изгибающих моментов 
, отдельно эпюру крутящего момента 
.
Расчетную схему вала и эпюры моментов следует выполнить в масштабе и расположить на одном листе пояснительной записки.
6. Расчет вала на статическую прочность
Расчет на статическую прочность производится после выполнения проектировочного расчета по расчетной схеме. Проверку статической прочности выполняют в целях предупреждения пластических деформаций в период действия кратковременных перегрузок (например: при пуске, разгоне, реверсировании, торможении). В этом случае определяют эквивалентное напряжение в опасном сечении по гипотезе прочности (гипотезе энергии формоизменения). Опасным сечением для вала является сечение, где действуют наибольшие изгибающие моменты.
Условие прочности
где 
– эквивалентный момент в сечении; 
- диаметр вала в опасном сечении; 
- допускаемое напряжение изгиба. Предельное допускаемое напряжение принимают близким к пределу текучести 
: 
где 
— изгибающий момент, геометрическая сумма моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях: 
Если условие прочности не выполняется, то следует увеличить опасное сечение или для вала с насадными колесами выбрать более прочную сталь.
