Валы и оси

Валы и оси.

1.Общие сведения.

Валы и оси – это детали. Которые несут на себе вращающиеся части машин (зубчатые колеса, звездочки, шкивы и т.д.).

Валы отличаются от осей тем, что передают крутящий момент и всегда вращаются.

Оси могут быть подвижными (вращающимися) и неподвижными.

   

                                                                    

Рекомендуемые материалы

                                                             

                                                                           

                                                                    

                                                                      

                                                               

В общем случае в сечении вала возникает 2 вида напряжений:

· нормальные напряжения s ( изгиб вала под действием сил в зацеплении);

· касательные напряжения t ( причина – крутящий момент).

В общем случае в оси возникают только нормальные напряжения.

В дальнейшем рассмотрим только валы.

Конструкция валов.

           1                   2                      3         4         5           6

1- фаска вала;

2- ступенчатый переход вала с галтели;

3- ступенчатый переход с проточек;

4- буртик вала;

5- шпоночный паз;

6- цапфа вала.

2.Причины выхода из строя валов и критерии их работоспособности.

Основными  критериями работоспособности валов и осей являются прочность, жесткость и виброустойчивость.

3.Расчет валов на прочность.

Валы рассчитывают на совместное действие кручения с изгибом, рассматривая вал как балку на шарнирных опорах. Влиянием сжимающих или растягивающих сил обычно пренебрегают. Ввиду их малости.

3.1 Проектный расчет валов.

Обычно известен только крутящий момент.

1. Определение диаметра вала с учетом только кручения (т.н. ориентировочный расчет).

Обычно это диаметры концов входного и выходного валов, а на промежуточном валу – диаметр в районе колеса.

2. Зная диаметр конца вала, при помощи конструирования  вала определяют все остальные размеры и намечают конструктивные элементы.

3. Проверочный расчет вала проводится в 2 этапа:

1. расчет на статическую прочность – расчет на кратковременную перегрузку;

2. расчет на выносливость (расчет на сопротивление усталости) – расчет вала при длительном циклическом нагружении с учетом переменности нагрузки и концентрации напряжений.

Проверочный расчет валов на статическую прочность.

В случае кратковременной перегрузки, нагрузка считается постоянной.

                        

            x

                                     

                                                               z

      y

                                

                       M

                                  

 

 

     T

   

В этом расчете опасным является сечение, где наибольшее эквивалентное напряжение .

Расчет валов на сопротивление усталости.

Проводится с учетом переменности нагрузки и концентрации напряжений.

Понятие о концентрации напряжений.

В местах резких изменений формы детали появляются местные дополнительные напряжения, которые влияют на выносливость вала. Эти резкие переходы называют концентраторами напряжений.

Н1а валу различают следующие виды концентраторов напряжений:

 а) ступенчатый переход с одного диаметра на другой;

 б) шпоночный паз;

 

 в) отверстие на валу;

 г) посадка с натягом.

Опасными при данном расчете будут сечения, в которых max произведения:  , где

- действующие в сечении напряжения;

 - коэффициенты концентрации напряжений в данном сечении вала.

Поэтому на практике трудно определить опасное сечение, и приходится рассчитывать несколько сечений, в которых ест концентраторы.

     1.  составляется расчетная схема вала;

2. строятся эпюры изгибающих и крутящих моментов;

3. намечаются опасные сечения;

4. для каждого сечения определяется запас прочности (S).

           , где

 - запас прочности соответственно по нормальным и касательным напряжениям.

Определение .

В следствие вращения вала, напряжения изгиба  по времени изменяются по симметричному циклу.

    

                  

                                                          t

 , где  - суммарный момент в сечении;

 , где   - предел выносливости;

- коэффициент концентрации напряжений;

 , где

- эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе (табл. значение), зависит от вида концентраторов напряжений и материалов;

- масштабный фактор. Учитывает влияние размера;

- коэффициент влияния шероховатости, чем грубее поверхность, тем и величина коэффициента больше;

- коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

Поверхностным упрочнением являются: закалка ТВЧ, цементация, азотирование, наклеп.

Если упрочнения нет -, если есть - .

Определение .

Полагают, что напряжения кручения изменяются по пульсирующему или отнулевому циклу.

      t

                       

                                   

                                                                                        t

   

- предел выносливости при кручении, зависит от материала;

- амплитудное значение напряжения кручения;

- среднее значение напряжения изгиба;

- коэффициент концентрации напряжений при кручении.

- названия коэффициентов см.;

- коэффициент, учитывающий влияние среднего напряжения кручения на усталостную прочность ( учитывает влияние асимметрии цикла).

4.Расчет валов на жесткость.

Условие жесткости: .

                              

 Для цилиндрических передач: .

Подробный расчет см. в учебнике М.Н.Иванов «Детали машин».

5.Расчет валов на виброустойчивость.

Лекция 6 - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Расчет заключается в проверке отсутствия при установившемся режиме работ совпадения частот колебаний  вала собственных  с частотой вынужденных (т.е. с частотой вращения).

                         .     е                                                         f

                                                                                   .     е