| СОДЕРЖАНИЕ | СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ |
Тема 10. Валы и оси
Тема 10.1. Валы и осиТема 10.2. Расчеты валов и осей
Тема 10.1. Валы и оси
В результате изучения студент должен знать:
- материалы валов и осей;
- конструктивные элементы валов и осей;
- основы конструирования валов и осей;
- критерии работоспособности валов и осей.
Содержание лекции
Основные понятия
Классификация валов и осей
Материалы, применяемые для изготовления валов и осей
Конструктивные элементы валов и осей
Рекомендации по конструированию валов и осей
Критерии работоспособности валов и осей
Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях.
Вал – деталь машин, предназначенная для поддержания сидящих на нем деталей и передачи крутящего момента. При работе вал испытывает деформации кручения и изгиба, иногда – растяжения-сжатия.
Ось – деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент, а, следовательно, не испытывает кручения.
Виды валов:
1) коренные,
2) шпиндели,
3)трансмиссионные.
По форме геометрической оси валы бывают:
1) прямые, 2) коленчатые; 3)гибкие.
По типу сечения валы бывают:
1) сплошные; 2) полые.
Оси бывают вращающиеся и неподвижные.
Прямые валы и оси изготавливают гладкими или ступенчатыми. Образование ступеней связано с различной напряженностью отдельных сечений, а также с условиями изготовления и сборки.
Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали. Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряжённых валов ответственных машин применяют легированные стали 40ХН, 20Х, 12ХНЗА. Для осей обычно применяют сталь углеродистую обыкновенного качества. Заготовки валов и осей – это круглый прокат или специальные поковки.
Опорная часть вала или оси называется цапфой (рис.3.1.1).
Шипом 1 называется цапфа, расположенная на конце вала и передающая преимущественно радиальную нагрузку.
Шейкой 2 называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси.
Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими, сферическими.
Пятой рис. 3.1.2.а, 3.1.2.б называют цапфу, передающую осевую нагрузку.
Опорной частью для пяты является подпятник рис.3.1.2.в .
Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью рис. 3.1.5.б. Галтель вала, углубленную за плоскую часть заплечника, называют поднутрением рис. 3.15.а. Галтели способствуют снижению концентрации напряжений.
Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основным критерием их работоспособности являются сопротивление усталости и жесткость. Сопротивление усталости оценивается коэффициентом запаса прочности, а жесткость – прогибом в местах посадки деталей и углами закручивания сечений. Практикой установлено, что основной вид разрушения валов и осей быстроходных машин носит усталостный характер. Расчетными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты.
Тема 10.2. Расчеты валов и осей
В результате изучения студент должен знать:
- виды расчетов валов и осей;
- составлять расчетную схему;
- выполнять расчеты валов и осей на прочность и жесткость.
Содержание лекции
Расчёты валов и осей
Алгоритм проверочного расчета вала
Основным критерием работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Расчёт валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).
Проектировочный расчёт вала выполняют как условный расчёт только на кручение для ориентировочного определения посадочных диаметров. Исходя из условия прочности на кручение
где Мk – крутящий момент в расчётном сечении, Н*м;
Н/мм2 – допускаемое напряжение при крученииПроверочный расчет для валов - расчёт на сопротивление усталости - является основным расчётом на прочность. Основными нагрузками на валы являются силы от передач через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колёса, звёздочки, шкивы. Проверочный расчет вала производится с применением гипотез прочности.Условие прочности в этом случае имеет вид:
При гипотезе наибольших касательных напряжений (иначе — тре¬тья гипотеза)
При гипотезе потенциальной энергии формоизменения (иначе — пятая гипотеза)
где в обеих формулах Мк и М„ — соответственно крутящий и суммарный изгибающий моменты в рассматриваемом сечении вала. Числовое зна¬чение суммарного изгибающего момента равно геометрической сумме изгибающих моментов, возникающих в данном сечении от вертикально и горизонтально действующих внешних сил, т. е.
При проектировочном расчёте оси ее рассматривают как балку, свободно лежащую на опорах и нагруженную сосредоточенными словами, вызывающими изгиб. Устанавливают опасное сечение, для которого требуемый диаметр оси определяют из условия прочности на изгиб
откуда
где Ми – максимальный изгибающий момент, Н*м;
- допускаемое напряжение изгиба, Н/мм2.Выбор допускаемых напряжений
. Оси изготовляемые из среднеуглеродистых сталей
Во вращающихся осях
Проверочный расчёт осей - частный случай расчёта валов при крутящем моменте Мк = 0.
2. По заданной мощности Р и угловой скорости ? определить вращающие моменты, действующие на вал.
3. Вычислить нагрузки F1, Fr1, F2, Fr2, приложенные к валу.
4. Составить уравнения равновесия всех сил, действующих на вал, отдельно в вертикальной плоскости и отдельно в горизонтальной плос¬кости и определить реакции опор в обеих плоскостях
5. Построить эпюру крутящих моментов.
6. Построить эпюры изгибающих моментов в вертикальной и гори¬зонтальной плоскостях (эпюры Mx и Мy).
7. Определить наибольшее значение эквивалентного момента (3.1.4), (3.1.5),:
8. Положив
экв = [], определить требуемый осевой момент сопро¬тивления: Wx = Мэкв/[]Учитывая, что для сплошного круглого сечения
определяем d по следующей формуле:
Ответьте на контрольные вопросы
| СОДЕРЖАНИЕ | СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ |
