Вал деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента и поддержания вращающихся вместе с ним деталей передач (зубчатых колёс, шкивов, звёздочек и др.). Некоторые валы (гибкие, трансмиссионные, торсионные) не поддерживают вращающиеся детали. Так как передача крутящих моментов связана с возникновением сил, действующих на валы от посаженных на них деталей и опор, валы обычно подвержены действию, кроме крутящих моментов, также поперечным силам и изгибающим моментам.По форме геометрической оси валы бывают прямые (наиболее широко распространены), коленчатые (валы машин с возвратно-поступательным движением звеньев) и гибкие (валы с изменяемой формой геометрической оси). Гибкие валы применяются для передачи крутящего момента от деталей с пересекающимися осями.Ось деталь, предназначенная для поддержания вращающихся деталей, но не передающая полезные крутящие моменты. Оси обычно подвергаются воздействию изгибающих моментов. Возникающими в ряде случаев деформациями растяжения, сжатия и кручения от моментов сил трения пренебрегают. Оси могут быть вращающимися и неподвижными.По конструкции прямые валы и оси выполняют гладкими и ступенчатыми, сплошными и полыми. Образование ступеней связано с закреплением деталей или самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа деталей при посадках с натягом. Полые валы изготавливают для уменьшения массы или для размещения в них других деталей. Например, при отношении внутреннего диаметра do к наружному d, равном 0,75, при одинаковой прочности масса полого вала в два раза меньше массы сплошного.Опорная часть вала или оси (рис. 3.44) называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная шейкой. Часть вала, предназначенная для восприятия осевой нагрузки пята. По форме цапфыP могут быть цилиндрическими, коническими, шаровыми и плоскими (пяты). Основное применение имеют цилиндрические цапфы. Конические цапфы применяют для регулирования зазора в подшипниках и осевого фиксирования вала. Сферические (шаровые) цапфы из-за трудности их изготовления применяют только при необходимости значительных угловых смещений оси. Рис. 3.44. Опорные части вала и оси Кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и коническими. При посадках с натягом диаметр этих поверхностей принимают больше соседних участков для удобства сборки и снижения концентрации напряжения. Конические концы валов изготавливают с конусностью 1:10. Их применяют для облегчения монтажа и демонтажа.Переходные участки являются концентраторами напряжений. Для уменьшения концентрации напряжения и повышения прочности переходы в местах изменения диаметров вала или оси делают плавными. Криволинейную поверхность переходного участка называют галтелью. Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Для выхода шлифовального круга переходные участки нередко выполняют с канавкой (проточка) определённого профиля (рис. 3.45). Рис.P 3.45. Переходные участки валов: а проточка; б галтель постоянного радиуса; в галтель переменного радиуса; г разгрузочная канавка; д разгрузочное отверстие Эффективным средством при снижении концентраций напряжений переходных участков является повышение их податливости посредством выполнения разгрузочных канавок, увеличения радиусов галтелей, выполнения отверстий в ступенях большего диаметра (рис. 3.45, г, д). Прямые валы изготавливают преимущественно из углеродистых и легированных сталей: сталь Ст5 для валов без термообработки; сталь 45 или 40Х для валов с термообработкой (улучшение); сталь 20 или 20Х для быстроходных валов на подшипниках скольжения, у которых цапфы подвергаются химико-термической обработке. 3.5.1. Расчет валов и осейОсновными критериями работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Основной расчётной нагрузкой являются моменты Т и М, вызывающие кручение и изгиб. Влияние сжимающих или растягивающих сил обычно мало и не учитывается. Расчёт осей является частным случаем расчёта валов при Т = 0.Для точного расчёта вала необходимо знать его конструкцию, тип и расположение опор, места приложения и величину внешних нагрузок. Поэтому расчёт ведут в два этапа.Предварительный проектный расчет производят только на кручение. Для компенсации напряжений изгиба и других неучтенных факторов допускаемые напряжения кручения значительно понижают. Так, например, для валов редукторов машин общего назначения принимают [tk] = (0,025 0,030)sв, где sв временное сопротивление материала вала (предел прочности).Диаметр вала определяют из условия прочности: tk = T/ Wp £ [tk].PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP (3.183) Для вала сплошного круглого сечения полярный момент сопротивления сечения Wp = pd3 / 16 » 0,2d3: d ³ .PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPP(3.184) Уточнённый (проверочный) расчёт вала выполняют после разработки конструкции и составления расчётной схемы, необходимой для определения внутренних силовых факторов и характера их распределения по длине вала. При составлении расчётной схемы валы и оси рассматривают как балки (рис. 3.46), шарнирно закреплённые в жёстких опорах, одна из которых подвижная. Нагрузки, передаваемые валам и осям со стороны насаженных на них деталей, полагают сосредоточенными в середине ступицы. Силами тяжести валов, осей, насаженных на них деталей, трением в опорах пренебрегают.Нагрузка Fм на консольный участок вала от муфты принимается приближённо:Fм = (0,2 0,5) Ftм,PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP (3.185) где Ftм окружная сила муфты. Направление силы Fм, в связи с её неопределенностью, назначают таким образом, чтобы она увеличивала и напряжения и деформации вала. Оси координат на расчётной схеме направляют вдоль векторов основных внешних сил. Если угол между плоскостями действия внешних сил не превышает 30`, то эти силы на расчётной схеме можно совмещать в одну плоскость. В противном случае надо рассматривать их действие в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Рис. 3.46. Расчётные схемы валов и опор Радиальные реакции R подшипников считают приложенными следующим образом: у подшипников скольжения на расстоянии (0,3 0,4) его длины от внутреннего торца, так как вследствие деформации валов и осейP давление по длине цапфы распределяется неравномерно: у радиальных подшипников качения в середине их ширины; у радиально-упорных подшипников качения в точках О пересечения с осью вала нормали к площадке контакта середины наружного кольца.Суммарный изгибающий момент Ми в любом сечении вала определяется как геометрическая сумма изгибающих моментов в двух взаимно-перпендикулярных плоскостяхМи = .PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP (3.186) Проверочный расчёт валов заключается в определении фактического коэффициента запаса усталостной прочности s в предположительно опасных сечениях, с учётом следующего: характера изменения напряжений; влияния абсолютных размеров детали; концентрации напряжений; шероховатости и упрочнения поверхностей. При совместном действии изгиба и кручения s = P/ ³ [s],PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP (3.187) где ss, s
Рекомендуемая литература:
Комментариев нет:
Отправить комментарий