Головна

Загальні відомості.

  1. HTML: Загальні відомості.
  2. I. Загальні положення
  3. I. Загальні положення
  4. I. Загальні положення
  5. I. Загальні положення
  6. I. Загальні положення
  7. I. Загальні положення

На валах і осях розміщують деталі, що обертаються: зубчасті колеса, шківи, ??барабани та ін. Вал відрізняється від осі тим, передає крутний момент від однієї деталі до іншої, а вісь не передається (див. Ріс.17.1 і 17.2).

Ріс.16.1.

Вали бувають: прямі, колінчаті і гнучкі. найбільшого поширення

мають прямі вали. Колінчасті вали застосовуються в поршневих машинах.

Ріс.16.2.

Гнучкі вали допускають передачу обертання на великих перегини (наприклад, в стоматологічних бормашинах). Колінчаті і гнучкі вали відносять до спеціальних деталей і не вивчаються в курсі «Деталі машин».

За конструкцією вали і осі можуть бути: гладкі (ріс.16.2), фасонні або ступінчасті (ріс.16.1), а також суцільні і порожнисті. Освіта ступенів на валу пов'язано із закріпленням деталей або самого вала в осьовому напрямку, а також з можливістю монтажу деталі при посадках з натягом. Порожніми вали виготовляють для зменшення маси або в тих випадках, коли через вал пропускають іншу деталь, підводять масло та ін.

Прямі вали виготовляють в основному з вуглецевих і легованих сталей. Найчастіше застосовують сталь Ст5 для валів без ТО; сталь 45 або 40Х для валів з ТО - поліпшення; сталь 20 або 20Х для швидкохідних валів на підшипниках ковзання, у яких цапфи цементують (з подальшим гартом) для підвищення зносостійкості.

16.2. Розрахунок валів на міцність.

Вали розраховують на міцність, жорсткість і коливання. Основний розрахунковим навантаженням є обертають Т і згинальні М моменти. Вплив стискають (розтягують) сил зазвичай мало і не враховується. Розрахунок осей є окремим випадком розрахунку валів при Т = 0.

Для виконання розрахунку валу на міцність необхідно знати його конструкцію, для визначення місця прикладання навантаження - розташування опор і ін. В той же час розробка конструкції валу неможлива без хоча б наближеною оцінки його діаметра.

Тому розрахунок вала на міцність ділять на два етапи:

1. Проектний (наближений) розрахунок;

2. перевірки (уточнений) розрахунок.

16.2.1. Проектний (наближений) розрахунок.

У цьому розрахунку оцінюють середній діаметр валу тільки з розрахунку на кручення при знижених допускаються напругах  (Згинальні моменти, що діють на вали, ще невідомі).

Умова міцності  , звідси ,

де WР - Полярний момент опору поперечного перерізу вала з діаметром d. Зазвичай приймають:

- Для трансмісійних валів  = 20 - 30 МПа,

- Для редукторних валів  = 12 - 15 МПа.

Діаметри вхідного і вихідного валів необхідно після розрахунку погоджувати з діаметрами валів механізмів, які будуть з'єднуватися з ними.

Після оцінки діаметра вала розробляють його конструкцію (див. Приклад на рис. 16.1).

Далі виконують перевірочний розрахунок і, якщо необхідно, вносять зміни. У практиці розрахунків не рідкісні випадки, коли діаметр вала визначається не міцністю самого вала, а міцністю підшипників.

16.2.2. Перевірки (уточнений) розрахунок.

Вибір розрахункової схеми і визначення розрахункових навантажень.

При цьому розрахунку дійсні умови роботи вала замінюють умовними і призводять до однієї з відомих розрахункових схем «Опору матеріалів». У цих розрахункових схемах проводять схематизація навантажень, опор і форми вала. Внаслідок такої схематизації розрахунок валів стає наближеним.

Мал. 16.3.

У цих розрахункових схемах використовують три основних типи опор: шарнірно-нерухому, шарнірно-рухому, защемлення або закладення. Защемлення застосовують іноді в опорах нерухомих осей.

Так як при складанні редукторів залишають, так звані температурні зазори, то в розрахунковій схемі одна опора шарнірно-рухома, інша шарнірно-нерухома (таке припущення робить розрахункову схему статично визначної).

Всі навантаження, що діють на вал і реакції в опорах, розглядають як зосереджені (див. Рис. 16.3). Наведена розрахункова схема складена на підставі ріс.16.1.

Перед тим як перейти до розрахунку на міцність, необхідно використовуючи методи «Опору матеріалів:

- Визначити реакції в опорах,

- Побудувати епюри згинальних і крутних моментів (рис. 16.3).

Розрахунок на міцність.

Практикою встановлено, що для валів основним видом руйнування є утомлююча. Статична руйнування спостерігається значно рідше. Воно відбувається під дією випадкових короткочасних перевантажень. Тому для валів розрахунок на опір втоми є основним. Розрахунок на статичну міцність виконують як перевірки.

При розрахунку на опір втоми внаслідок обертання валу напруги вигину в його перерізі змінюються по симетричному циклу (ріс.16.4, а), навіть при постійному навантаженні.

Ріс.16.4.

Напруження кручення змінюються пропорційно зміні навантаження. У більшості випадків важко встановити дійсний цикл навантаження машини в експлуатації. Тому беруть цикл зміни дотичних напружень - отнулевого або пульсуючий (рис. 16.4, б). Неточність такого наближеного розрахунку компенсують вибором запасів міцності.

Приступаючи до розрахунку, намічають небезпечні перетину вала, які підлягають перевірці (перетину I - I і II - II; рис. 16.3). Для небезпечних перетинів визначають запаси опору втоми (запаси міцності) і порівнюють їх з допустимими. При цьому визначається загальний коефіцієнт запасу міцності по нормальних і дотичних напруг по формулі

,

де и  - Коефіцієнти запасу міцності по нормальних і дотичних напруг відповідно.

В свою чергу

У цих формулах и  - Амплітуди циклів напружень, и  - Постійні складові або середні значення циклів напружень, и  - Масштабний коефіцієнт і коефіцієнт якості поверхні, и  - Ефективні коефіцієнти концентрації напружень при згині і крученні, и  - Межі витривалості при вигині і крученні при симетричному циклі зміни напружень, и  - Коефіцієнти чутливості до асиметрії циклу.

З урахуванням циклу зміни нормальних і дотичних напружень (рис. 16.4) можна записати

;

.

Перевірку статичної міцності виробляють з метою попередження пластичних деформацій і руйнувань з урахуванням короткочасних перевантажень. Еквівалентне напруження визначають за формулою

,

де , .

Тут М і Т - згинальний і крутний момент в небезпечному перерізі (рис. 16.4).

Напруга, що допускається при цьому розрахунку приймають близьким до межі текучості: .

16.2.3. Розрахунок на жорсткість.

Пружні деформації вала негативно впливають на роботу пов'язаних з ним деталей: зубчастих коліс, підшипників, котків, фрикційних передач та ін.

Від прогину вала (ріс.16.5) в зубчастому зачепленні виникає концентрація навантаження по довжині зуба. При великих кутах повороту  в підшипнику може

Мал. 16.5

статися защемлення валу. У металорізальних верстатах деформації валів (особливо шпинделів) можуть впливати на точність обробки і якість поверхні деталей. У ділильних і відлікових механізмах закручування перетинів вала  відносно один одного знижують точність вимірювань і ін.

Розрахунок на жорсткість полягає в обмеженні вищевказаних деформацій: , , .

Загальних норм допустимих деформацій не існує. Деякі рекомендації наведені нижче.

Для валів зубчастих передач стріла прогину під колесом  - Передачі циліндричні;  - Конічні, гіпоїдні, глобоїдні передачі.

У верстатобудуванні для валів загального призначення  , де

 - Відстань між опорами.

Кут повороту в підшипнику ковзання  радий; в радіальному шарикопідшипнику  радий.

Іноді, зустрічаються випадки, коли розміри вала визначає не міцність, а жорсткість. У цих випадках недоцільно виготовляти вал з дорогих високо міцних сталей.

У зв'язку з різноманіттям розрахункових схем і видів навантаження неможливо отримати загальну формулу для розрахунку и  . Для більшості розрахункових схем можна використовувати готові рішення в спеціальній літературі.

Кут закручування валів постійного діаметра визначають за формулою

де G - модуль пружності при зсуві;  - Довжина закручувати ділянки вала; JP =  - Полярний момент інерції перерізу валу.

Значення допустимих кутів закручування валів коливається в широких межах залежно від вимог, що пред'являються до механізму. Наприклад, в приводах стежать систем, ділильних механізмів і т. Д. Допускаються кути закручування обмежуються секундами і хвилинами на 1 метр довжини, а в карданних валах автомобілів допускають кілька градусів на метр.

16.2.4. Розрахунок на коливання.

При цьому розрахунку головне - це виконати таку умову:

де  - Спектр власних частот системи;  - Частота вимушених коливань, яка діє на машину.

При визначенні спектра власних частот машини (системи), важливе значення відіграє, питання складання розрахункової динамічної моделі. Як правило, на стадії проектування використовують динамічні моделі з зосередженими параметрами (дискретні моделі). При цьому вводяться такі поняття: зосереджена маса - Матеріальна точка, яка має кінцеву масу або момент інерції; зосереджена сила - Сила, що діє в точці; пружна механічна зв'язок у вигляді безінерційного з'єднання без тертя (диссипативная зв'язок). Далі складаються рівняння кінетичної і потенційної енергій системи, використовуючи рівняння Лагранжа другого рада. В кінцевому підсумку приходять до визначення коренів рівняння n-го ступеня (степепень рівняння дорівнює кількості калеблющіхся мас динамічної моделі або числу деталей, що входять в машину). Зазвичай такі питання розглядаються в спеціальній літературі.

 



Попередня   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   Наступна

Вибір модуля і числа зубів. | А) Закриті передачі. | Конічна левередж. | Сили в зачепленні прямозубой конічної передачі. | МАТЕРІАЛИ І ТЕРМООБРОБКА. | ДОПУСКАЮТЬСЯ НАПРЯЖЕНІРЯ. | Геометричні параметри і способи виготовлення ПП. | ККД черв'ячної передачі. | Сили в зачепленні. | Оцінка і застосування |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати