загрузка...
загрузка...
На головну

Критерії працездатності та розрахунок валів і осей

  1. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  2. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  3. I. Розрахунок накопичувальної частини трудової пенсії.
  4. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  5. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  6. I. Розрахунок розміру страхової частини трудової пенсії.
  7. II. ЗАВДАННЯ ДЛЯ ТИПОВИХ РОЗРАХУНКІВ

Упроцесі роботи вали і осі відчувають постійні або змінні за величиною і напрямком навантаження. Міцність валів і осей визначається величиною і характером напруг, що виникають у них під дією навантажень. Постійні по величині й напрямку навантаження викликають в нерухомих осях постійні напруги, а в обертових осях (і валах) - змінні.

Характерною особливістю валів є те, що вони працюють при циклічному вигині найбільш небезпечного симетричного циклу, який виникає внаслідок того, що вал, обертаючись, повертається до діючих згинаючих навантажень то однієї, то іншою стороною. При розробці конструкції вала повинна бути звернена найпильнішу увагу на вибір правильної його форми, щоб уникнути концентрації напружень в місцях переходів, причиною яких можуть бути втомні руйнування. З цією метою слід уникати:

а) різких переходів перетинів;

б) канавок і малих радіусів заокруглень;

в) некруглих отворів;

г) грубої обробки поверхні.

Для оцінки правильного вибору геометричної форми вала користуються гідравлічної аналогією, в якій мовиться: "Якщо контур деталі уявити як трубу, в якій рухається рідина, то там, де потік турбулентний, виникне концентрація напружень".

Причини поломок валів і осей простежуються на всіх етапах їх "життя".

- На стадії проектування - невірний вибір форми, невірна оцінка концентраторів напружень.

- На стадії виготовлення - надрізи, забоїни, вм'ятини від недбалого поводження.

- На стадії експлуатації - невірна регулювання підшипникових вузлів.

Для працездатності вала або осі необхідно забезпечити:

- Об'ємну міцність (здатність чинити опір Mизг и Мкрутий);

- Поверхневу міцність (особливо в місцях з'єднання з іншими деталями);

- Жорсткість на вигин;

- Крутильне жорсткість (особливо для довгих валів).

всі вали в обов'язковому порядку розраховують на об'ємну міцність.

З викладеного вище випливає, що в залежності від характеру напружень, що виникають в валах і осях, можливі два випадки розрахунку їх на міцність: на статичну міцність і на міцність від утоми.

Вали і осі в основному відчувають циклічно змінюються напруги. Звідси випливає, що основним критерієм працездатності валів і осей є втомна міцність. Статична руйнування зустрічається дуже рідко. Воно відбувається під дією випадкових короткочасних перевантажень. Для валів розрахунок на опір втоми (уточнений розрахунок) вважається основним. Розрахунок на статичну міцність виконують як перевірки.

Втомна міцність (витривалість) валів і осей оцінюється коефіцієнтом запасу міцності.

Нерухомі осі при дії постійних навантажень розраховують тільки на статичну міцність.

Рухливі швидкохідні осі і вали розраховують на витривалість.

Тихохідні вали і осі, навантажені змінним навантаженням, розраховують на статичну міцність і витривалість.

Основними розрахунковими силовими чинниками для осей і валів є згинальні Мн і крутний Мк (Тільки для валів) моменти.

Вплив розтягують і стискають сил незначно, тому, як правило, в розрахунках не враховується.

Методом оцінки міцності осей і валів є порівняння розрахункових напружень з допустимими за наступними умовами міцності:

; , (1)

де , - Виникають (розрахункові) напруги вигину і крутіння в небезпечному перерізі вала, осі; и - Допустимі напруження на вигин і на кручення.

Спроектовані вали і осі з урахуванням забезпечення статичної або втомної міцності іноді виходять з ладу внаслідок недостатньою їх жорсткості або через вібрації. Крім того, мала жорсткість порушує нормальну роботу зубчастих передач і підшипників. Вали і осі додатково розраховують на жорсткість и коливання.

Жорсткість валів і осей оцінюється величиною прогину в місцях установки деталей або кутом закручування перетинів; коливання - критичної кутової швидкістю.

Для розрахунку валів і осей на міцність і жорсткість складають розрахункову схему. При розрахунку на вигин обертові вали і осі розглядають як балки на шарнірних опорах. На розрахункових схемах сили і обертаючі моменти умовно приймають як зосереджені.

Схеми навантаження валів і осей залежать від кількості та місця установки на них деталей, що обертаються і напрямки дії сил. При складному навантаженні вибирають дві ортогональні площини (наприклад, фронтальну і горизонтальну) і розглядають схему в кожній площині. Розраховуються, звичайно, не реальні конструкції, а спрощені розрахункові моделі, що представляють собою балки на шарнірних опорах, балки з обробленням та навіть статично невизначені завдання.

При складанні розрахункової схеми вали розглядають як прямі бруси, що лежать на шарнірних опорах. При виборі типу опори думають, що деформації валів малі і, якщо підшипник допускає хоча б невеликий нахил або переміщення цапфи, його вважають шарнірно-нерухомою або шарнірно-рухомою опорою. Підшипники ковзання або кочення, що сприймають одночасно радіальні і осьові зусилля, розглядають як шарнірно-нерухомі опори, а підшипники, що сприймають тільки радіальні зусилля, - як шарнірно-рухливі.

Вплив сили тяжіння валів (і деталей), сили тертя в опорах не враховують.

У разі напрессовки на вал зубчастих коліс, кілець підшипників, втулок та інших деталей, що виникає різке зниження меж витривалості в 3 ... 6 разів. Зародження втомної тріщини виникає у краю напрессованной деталі. При розбиранні деталей, що з'єднуються можна виявити сліди корозії у вигляді затемнених плям, а також червоний порошок, що складається з оксидів заліза. Дане явище називають фреттинг - корозією в науковій літературі або простіше корозією тертя.

Причинами різкого зниження межі витривалості при фреттинг - корозії є концентрація напрузі біля краю контакту і складні фізико - хімічні процеси, що протікають в стику двох деталей, що при їх малому взаємне циклічному прослизанні внаслідок пружних деформацій.

Необхідно відзначити, що фреттинг пошкодження бувають не тільки в з'єднаннях з натягом, але і різьбових, шпонкових і клепаних з'єднаннях, а також в точках контакту дротяних канатів і гнучких валах, фрикційних затискачах і листових ресорах і інших місцях, де виникають умови для взаємного переміщення сполучених деталей.

Встановлено, що ту чи іншу роль у процесі фретинг грають понад 50 факторів. Таким чином, процес дуже складний, до кінця не вивчений.

Для гладких валів з напрессованной деталлю (рис.8, а) відношення  , Що характеризує зниження межі витривалості внаслідок концентрації напружень і масштабного фактора, може бути розрахована за такими формулами при дії згинального моменту і поперечної сили

Мал. 8. Конструктивні методи підвищення опору втоми валів.

 (2)

де  - Ефективний коефіцієнт концентрації напружень зразка з межею витривалості и d0 = 7,5 мм;

 - Масштабний фактор, що враховує розмір поперечного перерізу гладкого зразка з межею витривалості , Діаметром до 300 мм.

 при d <150 мм;

 при  мм;

= 0,305 + 0,00139 - Коефіцієнт, що враховує межа витривалості матеріалу ;

- Коефіцієнт, що враховує тиск посадки - р в сполучених деталях;

= 0,65 + 0,014р при МПа;

= 1 при МПа.

Слід зазначити, якщо насажанную деталь не передає момент і силу, то слід вираз (2) помножити на поправочний коефіцієнт КП = 0,85.

Для зменшення шкідливого впливу фреттинг - корозії на опір втоми застосовують конструктивні та технологічні заходи. Так, розвантажують виточки на торці напрессованной деталі (рис.8, б) або поясок (рис.8, в) підвищують межу витривалості в 1,2 ... 1,5 рази, потовщення під ступичні частини валу (рис. 8, г ) - в 1,3 ... 1,5 рази.

Розвантажують виточки вала (рис.8, д), нанесення шляхом накатки підвищують межу витривалості в 1,4 рази.

Технологічними заходами для підвищення межі витривалості є зменшення мікронерівності сполучених поверхні шляхом полірування і шліфування, збереження від корозії і поверхневі хіміко - термічні, механічні та інші методи, як плазмові напилення, іонна імплантація, що підвищує в підсумку 1,5 ... 2 рази і більше.

При пред'явленні вимоги жорсткості і об'ємної міцності валів можуть застосовуватись сталі Ст4, Ст5 або 40 або 45.

Для валів складної форми, наприклад, колінчастих валів і водив планетарних передач може бути доцільним застосування високоміцного чавуну марки ВЧ 70 - 3, ВЧ 80 - 3 та інших.

 



Попередня   188   189   190   191   192   193   194   195   196   197   198   199   200   201   202   203   Наступна

Б - прямокутна; г - наполеглива; д - з круговим профілем | Силові співвідношення в гвинтовий парі передачі. | Самогальмування в передачі гвинт-гайка. | Розрахунок передачі гвинт-гайка ковзання | Приклади розрахунку передачі гвинт-гайка ковзання | Розрахунок шарико передачі | Рекомендації по проектувальному розрахунку шарико передач | Приклад розрахунку шарико передачі | Призначення, конструкція і матеріали валів та осей | Г - телескопічний вал; д - карданний вал |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати