ВАЛЫи ОСИ
ПЛАКАТ 3
Для обеспечения постоянного положения оси вращения зубчатых колес, звездочек, шкивов и других вращающихся деталей их устанавливают на валах или осях.
Вал - это деталь, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей оси и поддержания установленных на нем вращающихся деталей. При работе вал испытывает изгиб и кручение. Валы, только передающие вращающий момент от одной детали к другой называют торсионными.
Ось - это деталь, предназначенная только для поддержания сидящих на ней деталей. В отличие от вала ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижными или вращаться вместе с посаженными на них деталями. Например, ось колеса автомобиля не вращается, а вагонная ось вращается вместе с колесами.
Классификация валов.
ПЛАКАТ 4
1. По назначению различают:
а) валы передач, на которых устанавливают зубчатые колеса, шкивы, муфты и др. детали передач;
б) коренные валы, несущие рабочие органы машины турбины, патроны, кривошипы, маховики;
2. По геометрической форме валы делятся на: прямые, коленчатые и гибкие.
Коленчатые валы предназначены для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот.
Гибкие валы предназначены для передачи вращающего момента между агрегатами со смещенными в пространстве осями. Они имеют высокую жесткость при кручении, малую жесткость при изгибе, в результате чего при работе могут иметь криволинейную ось.
Прямые валы и оси, в зависимости от распределения нагрузок и условий сборки, выполняют гладкими или ступенчатыми, близкими по форме к балкам равного сопротивления изгибу.
Гладкие валы более техничны и получают в последнее время большое распространение. Соединения деталей с такими валами осуществляют при помощи посадок.
По типу сечения валы бывают сплошные и полые для размещения внутри другой детали, смазки и уменьшения массы.
Конструктивные элементы и материалы валов и осей.
ПЛАКАТ 3,5
Цапфы - участки вала или оси лежащие в опорах. Они подразделяются на шипы, шейки и пяты. Шипом называются цапфа, расположенная на конце вала и передающая радиальную нагрузку, а шейкой расположенная в средней части вала. Пятой называют цапфу, передающую осевую нагрузку.
Посадочные поверхности валов под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими или коническими. При соединении с натягом эти участки делают на 15 - 20% больше соседних. Для посадки подшипников на валах делают упорные буртики, их высота должна обеспечивать демонтаж подшипников и подвод смазочного материала.
Переходные участки валов между двумя ступенями выполняют следующих типов:
а) с канавкой для выхода шлифовальных кругов;
б) с галтелью постоянного радиуса;
в) с галтелью специальной формы.
Для изготовления валов используют:
углеродистые стали: Ст5; Ст6; 20; 30; 40; 45; 50,
легированные стали: 20Х, 40Х, 40ХН, 18Х2Н4МА. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготовляют из цементируемых сталей: 12Х2Н4А, 18ХГТ, 20Х.
Выбор материала и термической обработки определяются конструкцией вала, опор и условиями эксплуатации.
Валы и оси обрабатывают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных поверхностей.
Расчет валов
ПЛАКАТ 6
Основными критериями работоспособности валов являются сопротивление усталости и жесткость, т.к. разрушение валов в большинстве случаев носит усталостный характер, поэтому основным является расчет на сопротивление усталости.
Основными расчетными силовыми факторами являются крутящие Т и изгибающие М моменты. Влияние продольных сил невелико и в большинстве случаев не учитывается.
Расчет и конструирование валов обычно ведут по трехэтапной схеме:
1 - этап - предварительный расчет по пониженным допускаемым напряжениям на кручение;
2 - этап - разработка конструкции вала обеспечивающей технологичность изготовления и сборки;
3 - этап - проверочный уточненный расчет вала на сопротивление усталости.
1-этап: Предварительный расчет.
ПЛАКАТ 7
На первом этапе при отсутствии данных об изгибающих моментах определяют диаметры выходных концов валов, а для промежуточных валов диаметр под колесом. При этом влияние изгиба, концентрации напряжений и характера нагрузки компенсируется понижением допускаемых напряжений на кручение:
,мм;
где Т – Н·мм, крутящий момент;
[τ]к = 15...25 МПа (Н/мм2) для выходных концов;
[τ]к =10...20 МПа для промежуточного вала под колесом.
Полученное значение округляют до ближайшего стандартного.
По конструктивным соображениям диаметр входного бустроходного вала должен быть:
dб =(0,8…1,2) dэд
где dэд - диаметр вала электродвигателя.
этап: Конструирование валов.
ПЛАКАТ 8
Наиболее технологичные в сборке – распространенные сейчас ступенчатые валы.
Для уменьшения концентрации напряжения разность диаметров между соседними ступенями делают не значительной, а радиус галтели принимают равным:
r = 0,4·(D - d),
но не больше радиуса или фаски устанавливаемой на месте детали.
Если заранее известно расположение опор и зубчатых колес, то на 1 этапе проводят предварительный проектный расчет валов на статическую прочность. Данный расчет выполняют и после конструирования вала для более точного определения диаметров вала.
ПЛАКАТ 9
Последовательность расчета на статическую прочность.
1. Составляют расчетную схему. При этом если силы, действующие на вал, расположены не в одной плоскости, то их необходимо разложить по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. Если угол между плоскостями действия сил ≤30˚ можно считать, что они действуют в одной плоскости.
2. Результирующие опорные реакции Ri и изгибающие моменты Mj в соответствующем сечении вала.
3. Приведенный или эквивалентный момент определяют по 3-ей теории прочности
4. Расчет на совместное действие изгиба и кручения:
а) проектировочный
б) проверочный.
5. По формуле а) определяют диаметры вала под подшипниками, зубчатыми колесами, шкивами и в других характерных точках, затем строят теоретический профиль вала. Фактический ступенчатый профиль вала должен быть больше теоретического.
Если Мэкв - максимально под подшипником, то зубчатое колесо можно сжать на тот же диаметр, что и подшипники.