Нагрузки валов

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

,

где - вращающий момент; - диаметр действия окружной силы в муфте (таблица 5.2).

Таблица 5.2 - 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 применяют 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. 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

Расчету на прочность подвергаем тот вал, который соединен муфтой с валом электродвигателя или с валом рабочей машины.

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.