- •Часть III
- •3.9. Цепные передачи
- •3.9.1. Общие сведения
- •3.9.2. Классификация цепных передач и цепей
- •3.9.3. Проектирование звездочек
- •3.9.4. Критерии работоспособности и расчета цепных передач
- •3.9.5. Расчет основных геометрических параметров цепных передач
- •3.9.6. Основы работы цепной передачи
- •3.9.7. Конструкции передач с шариковыми цепями
- •3.9.8. Основы конструирования цепных передач
- •3.10. Передача винт-гайка
- •3.10.1. Общие сведения
- •3.10.2. Расчет передач скольжения
- •3.10.3. Расчет передач качения
- •3.10.4. Конструктивные разновидности передач винт-гайка
- •4. Оси и валы
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Классификация
- •4.3. Материалы валов и осей
- •4.4. Основы конструирования осей и валов
- •4.5. Критерии работоспособности и расчета валов и осей
- •4.6. Проектный расчет валов и осей
- •4.6.1. Составление расчетных схем
- •4.6.2. Расчёт опасного сечения
- •4.7. Проверочные расчеты валов и осей
- •4.7.1. Расчет на выносливость валов и вращающихся осей
- •4.7.2. Расчет валов и неподвижных осей на статическую прочность
- •4.8. Проверочный расчет валов и осей на жесткость
- •4.9. Расчет валов на колебания
- •5. Подшипники
- •5.1. Подшипники качения
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Классификация
- •5.1.3. Обозначение подшипников качения
- •5.1.4. Точность подшипников качения
- •5.1.5. Причины выхода подшипников из строя и критерии расчета
- •5.1.6. Расчет подшипников качения и подбор их по стандарту
- •5.1.7. Распределение нагрузки между телами качения
- •5.1.8. Потери на трение в подшипниках качения
- •5.1.9. Смазка подшипников качения
- •5.2. Подшипники скольжения
- •5.2.2. Классификация подшипников скольжения
- •5.2.3. Материал подшипников скольжения
- •5.2.4. Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения
- •5.2.5. Конструкции подшипников
- •5.2.6. Условные расчеты подшипников
- •5.2.7. Тепловой расчет подшипников
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Классификация муфт
- •6.3. Расчет муфт
- •6.4. Конструкции муфт
- •Жесткие.
- •1.1.1.3. Разъемные в плоскости, перпендикулярной оси вала.
- •1.1.2. Компенсирующие самоустанавливающиеся
- •7. Пружины
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Классификация и материалы пружин
- •7.3. Конструкция пружин
- •7.4. Расчет винтовых пружин растяжения (сжатия)
- •7.5. Расчет винтовых пружин кручения
- •7.6. Расчет плоских пружин
- •Литература
- •Содержание
- •Часть III
4.5. Критерии работоспособности и расчета валов и осей
Поломки валов и вращающихся осей в большинстве случаях носят усталостный характер. Причины поломок:
неудачный выбор конструктивной формы и неправильная оценка влияния концентрации напряжений, вызванной этими формами;
концентрация напряжений, вызванная обстоятельствами технологического или эксплуатационного характера: надрезы, следы обработки и др.;
нарушение норм технической эксплуатации: неправильная регулировка затяжки подшипников, уменьшение необходимых зазоров и др. (рис. 23).
Чаще всего поломки валов происходят в зоне расположения таких концентратов напряжений как шпоночные пазы (рис. 22,г), галтели (рис. 22,а), поперечные отверстия (рис. 22,в), галтель (рис. 22,б) и др.
При работе осей и валов на изгиб обеспечение надлежащей жесткости является важным условием нормальной эксплуатации узла.
Критерием прочности для большинства валов современных быстроходных машин является их выносливость. Усталостные разрушения составляют 40 – 50 % случаев выхода валов из строя. Критериями жесткости валов являются условия правильной работы зубчатых передач и подшипников, а также виброустойчивость.
Таким образом, основными критериями работоспособности осей и валов является их ПРОЧНОСТЬ и ЖЕСТКОСТЬ.
Неподвижные оси, в которых возникают постоянные напряжения, рассчитывают на СТАТИСТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ.
Тихоходные оси и валы, работающие с перегрузками, должны быть рассчитаны не только на выносливость, но и на статическую прочность.
Чтобы знать предварительные размеры валов, их сначала рассчитывают на статическую прочность, а затем на выносливость.
Для некоторых конструкций существенное значение имеет ограничение величины деформации КРУЧЕНИЯ валов (трансмиссионные валы механизмов передвижения мостовых кранов, шлицевые валы и т.д.). Расчетом определяем угол закручивания и сравниваем его с . Причиной выхода из строя валов могут быть также их колебания. Поэтому такие валы дополнительно рассчитываются на ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ (расчеты изложены в специальных курсах).
4.6. Проектный расчет валов и осей
4.6.1. Составление расчетных схем
Проектный расчет валов и осей начинается с установления расчетной схемы и определения внешних нагрузок.
Валы и оси рассматриваются как балки, лежащие на шарнирных опорах. Прежде всего должны быть установлены расстояния между опорами и места расположения насаживаемых на вал или ось деталей.
Для валов, вращающихся в подшипниках качения, установленных в опорах по одному, центр опорного шарнира совмещается с серединой подшипника (рис. 23,а).
Для валов, вращающихся в подшипниках качения, установленных по два в опоре, основные реакции воспринимаются внутренними подшипниками. Поэтому условные опоры валов правильнее совмещать с внутренними подшипниками или располагать на 1/3 расстояния между подшипниками одной опоры ближе к внутренним подшипникам (рис. 22,б).
Для валов, вращающихся в «коротких» подшипниках скольжения (при ) центр условной опоры совмещается с серединой подшипника. При «длинных» опорах скольжения ( ) вследствие неравномерности распределения нагрузки по длине втулки скольжения теоретическая опора считается расположенной примерно на расстоянии от края подшипника со стороны нагруженного пролета (рис. 23,в).
Силы на валы (оси) передаются через насаженные на них детали: шкивы, звездочки, зубчатые колёса, блоки и т.д.
При этом принимают, что насаженные на вал (ось) детали передают силы и моменты валу (оси) на середине длины посадочной поверхности. Это допустимо, т. к. расчеты дают вполне удовлетворительные результаты в случае, когда пролет вала (расстояние между опорами) значительно превышает ширину насаженной на него детали; в противном случае следует учитывать закономерность распределения нагрузки вдоль посадочной поверхности и совместную работу ступицы детали и вала (оси).
Величина и направление действующих нагрузок определяются характером работы и расположением сидящих на валу или оси деталей.
Фрикционные, прямозубые цилиндрические, ременные и цепные передачи создают усилия, лежащие в плоскости катков, колёс, шкивов, звездочек и приложенные на их начальных окружностях. После приведения этих усилий к оси вала он оказывается нагруженным соответственными поперечными силами и крутящим моментом.
|
а) |
|
б) |
|
в) |
Рис. 23. Расчетные схемы валов |
Косозубые цилиндрические, конические, червячные, гипоидные передачи кроме сил, лежащих в плоскостях соответствующих деталей, вызывают появление дополнительных осевых усилий, приложенных на зубьях или витках нарезки. Приведение этого усилия к оси вала дает осевую (сжимающую или растягивающую) силу и сосредоточенный изгибающий момент.
Нагрузками от собственного веса вала (оси) и расположенных на нем деталей в проектном расчете обычно пренебрегают, хотя принципиально их учёт и не представляет трудностей.