39: Валы и оси. Конструкции. Основы расчета.
Валы это устройства, которые предназначены для крепления на них деталей типа зубчатых колес.
Шкив – устройство, передающее вращательные моменты. Оси – являются неподвижными элементами и не передают усилий или вращательного момента.
Виды валов:
1. Гладкие валы – гладкий стержень одного диаметра по всей длине с соответствующей обработкой под посадки. Эти валы неудобны в сборке т.к. места отдельных посадок могут быть удалены от концов валов. Чаще всего гладкие валы используются в приборных системах.
2. Гибкие валы – используются для переносного инструмента и выполняются в виде плотной навивки проволоки из пружинной стали.
3. Коленчатые валы используются в поршневых машинах и программируют рабочие процессы.
4. Составные валы – вал состоит из нескольких элементов соединенных переходной муфтой.
5. Ступенчатые валы (Рис.1)
1 – скосы – служат для облегчения сборки
2 – опорные части валов (цилиндрические, конические и т.д.)
3 – галтель – плавный переход одного диаметра к другому для уменьшения концентрации напряжения.
dб – диаметр буртика
Ориентировочный расчет валов.
Ориентировочный расчет заключается в определении размеров концов валов и предварительных размеров под сопрягаемые детали.
Этот расчет ведут из условия прочности на кручение.
.
1,1 – коэффициент, учитывающий ослабление вала под шпоночным пазом.
Полученный размер округляется до стандартного Расчет валов на жесткость.
При этом определяется перемещение при изгибе, а также прогиб при изгибе.
Основные зависимости расчета на жесткость см. в разделе сопротивление материалов.
Уточненный расчет валов на усталостную прочность.
Данный расчет проводится после ориентировочного расчета и конструирования вала.
Усталостные разрушения зачастую вызываются циклически изменяющимися напряжениями на валах, источниками таких напряжений могут служить силы зацепления.
Под действием таких нагрузок разрушение происходит при напряжениях меньше предельных.
Явление разрушения материалов под действием переменных нагрузок называется усталостью материала.
Расчеты на усталостную прочность, как правило, являются проверочными и строятся на результатах статистических расчетов и принятых конструктивных решениях.
В результате уточненного расчета определяется коэффициент запаса прочности по нормальным, касательным напряжениям и общий коэффициент запаса прочности.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
по
касательным напряжениям
- масштабный
коэффициент для нормальных и касательных
напряжений. Экспериментально установлено,
что с увеличением размеров образцов
предельная выносливость уменьшается
и уменьшается коэффициент запаса
прочности.
- эффективные
коэффициенты концентрации нормальных
и касательных напряжений;
В местах резкого изменения поперечных размеров деталей, у выточек, отверстий, возникают концентрации напряжений, по сравнению с цилиндрическими гладкими образцами. Чем выше прочность материала, тем больше чувствительность к концентраторам напряжений.
- коэффициент
чистоты поверхности; Царапины, которые
получаются при обработке и эксплуатации
являются микроконцентраторами напряжений
из которых может развиться трещина.
Значение этого коэффициента уменьшается
при переходе от полирования к шлифованию,
от шлифования к тонкому обтачиванию,
от тонкого обтачивания к грубому
обтачиванию.
- коэффициент
чувствительности материала к асимметрии
цикла; Данный коэффициент характеризует
чувствительность материала к характеру
цикла. Наибольшее значение этого
коэффициента реализуется при симметричном
цикле.
- предел выносливости
материала при симметричном цикле (по
нормальным и касательным напряжениям).(Рис.2)
Для определения предела выносливости проводят серию испытаний с различными значениями напряжений.
- среднее значение;
- амплитудное
значение;
Коэффициент
асимметрии цикла
для пульсирующего цикла данный коэффициент
равен нулю.
В соответствии с третьей теорией прочности, общий коэффициент запаса прочности при действии периодических нагрузок будет определяться из зависимости:
≤[n]
где n
нормативный коэффициент запаса прочности.
[n] = 2…5