- •Тема 6. Детали машин
- •Тема 6. Детали машин
- •6.1 Валы и оси. Проектировочные расчеты валов на прочность
- •6.2 Опоры валов и осей: сравнительная оценка подшипников качения и скольжения. Приближенный расчет подшипников скольжения
- •6.3. Классификация подшипников качения
- •6.4. Условное обозначение подшипников качения. Схемы установки подшипников на валах
- •6.5. Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъемности
- •6.6. Расчет подшипников качения на долговечность
Кисляков
Н.И. Прикладная механика Л.10.
Лекция 10
Тема 6. Детали машин
6.1 Валы и оси. Проектировочные расчеты валов на прочность
6.2 Опоры валов и осей: сравнительная оценка подшипников качения и скольжения. Приближенный расчет подшипников скольжения
6.3. Классификация подшипников качения
6.4. Условное обозначение подшипников качения. Схемы установки подшипников на валах
6.5. Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъемности
6.6. Расчет подшипников качения на долговечность
Тема 6. Детали машин
6.1 Валы и оси. Проектировочные расчеты валов на прочность
Зубчатые колеса, шкивы и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах и осях. Вал предназначен для поддержания расположенных на нем деталей и для передачи вращающего момента.
При работе вал испытывает изгиб и кручение а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие. В отличие от вала, ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытывает кручения.
Вал всегда вращается, а ось может быть вращающейся или невращающейся (неподвижной).
По форме геометрической оси валы разделяют на прямые и коленчатые. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Особую группу составляют гибкие валы с изменяемой формой геометрической оси. Коленчатые и гибкие валы относят к специальным деталям и не изучают в курсе деталей машин.
По конструкции различают валы и оси: гладкие и ступенчатые, а также сплошные и полые. Образование ступеней на валу связано с фиксацией деталей или самого вала в осевом направлении. Полыми валы изготавливают для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло.
Валы и оси вращаются в опорах. Опорные части валов и осей называют цапфами. Цапфы валов, работающие в подшипниках скольжения выполняют цилиндрическими, коническими и сферическими. Цапфы для подшипников качения выполняют как правило цилиндрическими.
Основными материалами для прямых валов и осей служат углеродистые и легированные стали благодаря высоким механическим характеристикам, способности к упрочнению и легкости получения цилиндрических заготовок прокаткой. Чаще других применяют стали 35, 45, 40Х с термической обработкой «улучшение».
Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали: 40ХН, ЗОХГТ и др. Подвергают их закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском.
Валы подвергают токарной обработке и последующему шлифованию посадочных поверхностей. Высоконапряженные валы шлифуют по всей поверхности. Шероховатость поверхности под подшипники качения Ra=1,5...2,5 мкм.
Основными критериями работоспособности валов являются:
усталостная прочность (выносливость);
жесткость;
устойчивость к резонансным поперечным колебаниям.
При проектировании валов применяется три вида расчетов:
ориентировочный;
предварительный;
уточненный проверочный.
Ориентировочный расчет применяется при отсутствии данных об изгибающих моментах. Диаметр вала приближенно определяют по величине вращающего момента Т из условия прочности по заниженным значениям допускаемых напряжений при кручении:
Предварительный расчет применяют при наличии предварительной компоновки механизма, когда известны расположения опор, усилия от передач и других деталей, расположенных на валу, а также их точки приложения.
Последовательность расчета:
составляют расчетную схему вала. При этом распределенные по длине ступицы, ширине подшипника нагрузки рассматривают как сосредоточенные. Расстояния между опорами, от опор до колес, шкивов и других деталей определяют с эскизной компоновки;
при действии на вал нагрузок в разных плоскостях их раскладывают на две взаимно перпендикулярные плоскости;
определяют реакции в опорах и строят эпюры изгибающих моментов;
строят эпюру крутящего момента;
определяют наибольший приведенный момент:
выбирают материал вала. Напряжения изгиба меняются по симметричному циклу. Поэтому допускаемые напряжения берут по справочнику для этого цикла. Примерное соотношение допускаемых напряжений для постоянного, от нулевого и симметричного циклов:
определяют диаметр вала в опасном сечении:
вал оформляют конструктивно. При этом размеры пазов под шпонки выбирают по стандарту в зависимости от диаметра вала.
Проверочный (уточненный) расчет вала на сопротивление усталости
Уточненный проверочный расчет заключается в определении расчетных коэффициентов запасов прочности во всех опасных сечениях вала. Для выбранного сечения:
определяют напряжения изгиба
определяют запас прочности по напряжениям изгиба:
где σ-1 - предел выносливости материала вала при изгибе с симметричным циклом изменения напряжений; kσ - эффективный коэффициент концентрации напряжений; εσ - масштабный фактор, учитывающий понижение прочности деталей при росте их абсолютных размеров; βσ - коэффициент, учитывающий влияния поверхностного упрочнения.
определяют напряжения кручения в сечении:
запас прочности по касательным напряжениям:
τа - амплитуда цикла при кручении; τm - среднее напряжение цикла при кручении; ψτ - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла изменения напряжения;
определяют общий запас прочности: