2 По форме геометрической оси ….

3 По типу сечения: сплошные и полые………….

4 По форме и конструктивным признакам

-гладкие (постоянного поперечного сечения);

-ступенчато-переменного сечения;

-специальные валы: шлицевые, валы-

шестерни и т. д.

Материалы валов и осей

Для валов и осей без термической обработки приме-

няют конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества марок ст. 5, ст.6.

В более ответственных случаях применяют среднеуглеродистые и легированные стали - сталь45, сталь 40Х.

Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали:

40Хн2ма, 30хгт, 30хгса и др.

Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению.

Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках

cкольжения, требуют высокой твердости цапф; их из-

готовляют из цементуемых сталей 20Х, 12ХН3А,

18Хгт, 12х2н4а или из азотируемых сталей типа 38хмюа.

Валы диаметром до 150 мм изготовляют из круглого проката, а при больших размерах - из поковок.

Для изготовления коленчатых и фасонных валов применяется высокопрочный чугун (ВЧ 38-16…ВЧ 120-

Для высоконапряженных валов и при ограничениях по массе в особых случаях применяют титановые сплавы.

НАГРУЗКИ НА ВАЛЫ И ОСИ

Основными расчетными силовыми факторами являются крутящие Т и изгибающие М моменты,передающиеся на валы через муфты, шкивы, звёздочки, зубчатые или червячные колёса и т. д.

Влияние растягивающих и сжимающих сил, как правило, невелико и в большинстве случаев не учитывается (за исключением вала-червяка,на который действует значительная осевая сила)

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения, причем принимают, что напряжения от изгиба изменяются по знакопеременному циклу, а касательные напряжения от кручения – по отнулевому (пульсирующему) циклу.

…….

РАСЧЕТ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Для валов и осей выполняют расчёты на прочность жёсткость и виброустойчивость

Расчеты на прочность

Валы испытывают действие напряжений изгиба и кручения,

а оси – только изгиба

В общем случае для валов выполняют расчёты проектный (ориентировочный, предварительный), основной и проверочный (уточнённый).

Для редукторных валов обычно выполняют расчеты проектный и проверочный

Проектный расчет

На ранней стадии проектирования при отсутствии данных об изгибающих

моментах диаметр выходного конца вала определяют по величине крутящего момента:

,

Диаметры вала в остальных сечениях назначаются при

разработке конструкции с учетом технологии изготовления и сборки

После выполнения первой эскизной компоновки, расчета под-

шипников и построения эпюр изгибающих и крутящих мо-

ментов приступают к уточнённому расчету

Уточнённый расчет

Уточнённый расчет выполняют на сопротивление усталости. Он заключается в определении коэффициентов запаса прочности в предположительно опасных сечениях, намеченных в соответствии с эпюрами моментов и расположением концентраторов напряжений

Коэффициент запаса прочности определяют по формуле:

В этих формулах:

(Цементация, азотирование, обдувка дробью, обкатка роликом)

РАСЧЁТ ВАЛОВ НА ЖЁСТКОСТЬ

Расчет на изгибную жёсткость

Необходимая жесткость валов при изгибе определяется

условиями правильной работы передач и подшипников

Прогибы валов мало сказываются на работе передач

гибкой связью (ремённых, цепных), поэтому валы этих передач не рассчитывают на жёсткость

Упругие перемещения валов зубчатых и червячных пере-

дач вызывают концентрацию нагрузки по длине зубьев,

а также раздвигание осей, которое неблагоприятно для

передач Новикова.

Значительные линейные (прогибы) и угловые перемещения

ухудшают условия работы подшипников, вызывая защемле-

ние тел качения, повышенное трение и нагрев.

Требуемая изгибная жёсткость обеспечивается при

соблюдении условия:

Допустимый прогиб валов под цилиндрическими зубчатыми колёсами

Допустимые углы поворота сечения валов в местах

расположения подшипников качения (в минутах):

шариковые радиальные однорядные……….до 8

роликовые цилиндрические…………………….

без бомбины …………………до 4..

с бомбиной до 10 роликовые конические…без бомбины…………………до 2……..

с бомбиной до 6

радиально-упорные шариковые до 6

шариковые сферические……………..до 4 градусов

Расчет на крутильную жёсткость

Крутильная жёсткость валов оценивается углом

закручивания на единицу длины вала

Весьма распространённой нормой на допустимый угол

закручивания является величина 0,25 град/м (Решетов Д.Н

считает её явно устаревшей)

РЕДУКТОРНЫЕ валы на крутильную жёсткость обычно не рассчитывают

Расчет валов на виброустойчивость

Цель расчета – предотвратить появление резонансных колебаний валов

Резонанс наступает при критическом числе оборотов вала,

когда частота изменения внешних сил равна или кратна частоте

собственных колебаний системы

Пусть на валу (см. рис.) насажен диск весом G, центр тяжести которого смещен относительно геометрической оси вращения на

величину е . При равномерном вращении вала с диском под действием центробежной силы с вал прогибается.

Без учета влияния собственного веса системы для принятой схемы

величина прогиба

С увеличением угловой скорости растёт величина прогиба «y», а при

; это означает, что при такой угловой скорости вал должен разрушиться .

Угловая скорость, при приближении к которой прогиб неограниченно растёт называется критической

Следовательно,

Так как

Так как статический прогиб вала от веса G детали

Таким образом, критическое число оборотов вала легко определяется по статическому прогибу « f»

Близость критического числа оборотов внешне проявляется в сильной вибрации вала.

Зона оборотов от не должна использоваться, так как при продолжительной работе в этом режиме поломка вала неизбежна

Опоры валов и осей

Опорами валов и осей являются подшипники

По роду трения подшипники бывают двух типов:

-подшипники качения;

-подшипники скольжения.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Небольшая ретроспектива ………………………….

Достоинства подшипников качения:

1 Высокая степень стандартизации, обеспечивающая полную взаимозаменяемость

2 Малое сопротивление вращению при пуске…

3 Большая нагрузочная способность на единицу ширины

подшипника

1. Малые габариты в осевом направлении

5. При массовом производстве сравнительно не высокая

стоимость

6. Неприхотливость в смазке

5. Для изготовления массовых подшипников не требуется

дорогостоящих материалов

8. Не предъявляют высоких требований к материалу и термической обработке валов

9

Недостатки подшипников качения

1. Большие, чем у подшипников скольжении габариты по

диаметру

2. Большой разброс ресурса (долговечности) …..

3. Высокая стоимость при единичном и мелкосерийном

производстве

4 Малая долговечность при высоких угловых скоростях

5 Боятся агрессивных сред

6 Плохо переносят ударные и вибрационные нагрузки

5. Неразъёмная конструкция не позволяет применять их

для коленчатых валов

Классификация подшипников

1 По форме тел качения

1.1 Шариковые

1.2 Роликовые

Форма роликов:

2 По направлению воспринимаемой нагрузки

2.1 Радиальные – воспринимающие радиальную

нагрузку.

Эти подшипники бывают двух подвидов….

2.2 Радиально-упорные, воспринимающие радиальную

и осевую нагрузки, но всё-таки большую радиальную

и меньшую осевую

2.3 Упорно-радиальные, воспринимающие осевую и

радиальную нагрузки, но большую осевую и

меньшую радиальную