ВАЛЫ. ОСИ. МУФТЫ.
Раздел №1: Валы и оси.
Вал предназначен для передачи вращающего момента вдоль своей осевой линии, а так же для поддерживания установленных на нем деталей (зубчатых колес, шкивов…). Некоторые валы (гибкие, карданные, торсионные) не поддерживают деталей.
При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в некоторых случаях растяжение или сжатие.
Ось только поддерживает установленные на ней детали и воспринимает действующие на них силы. Ось не передаетвращающего момента и не испытывает кручения.
По форме геометрической оси различают валы:
- прямые (оси почти всегда прямые)
- непрямые (коленчатый вал)
По форме продольного сечения различают валы и сои:
-
гладкие 2. ступенчатые
Пример:
прямой ступенчатый вал зубчатого редуктора.
Ступенчатая форма способствует равной напряженности отдельных участков, упрощает монтаж деталей на валу.
По внешнему очертанию поперечного сечения различают валы:
- шпоночные 2. шлицевые
Материалы валов и осей должны хорошо обрабатываться, быть прочными и иметь высокий модуль упругости. Этим требованиям удовлетворяют углеродистые и легированные стали.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫВАЛОВ.
Опорные участки вала или оси называют цапфы.
Различают 3 вида цапф:
- шип
концевая цапфа (воспринимает радиальную силу)
- шейка промежуточная цапфа
- пята
концевая цапфа (воспринимает осевую силу)
Шипы и шейки вала или оси опираются на подшипники, опорной частью для пяты является подпятник.
Буртик – кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое.
Заплечик – переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал или ось деталей.
Галтель – криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему.
Галтели выполняют:
постоянного радиусапеременного радиусас поднутрением
Переходные участки являются концентраторами напряжений. Для снижения концентрации напряжений в переходных участках выполняются разгрузочные канавки, увеличивающие радиусы галтелей.
РАСЧЕТ ВАЛОВ (И ОСЕЙ)
Расчет валов и осей производят в 2 этапа:
- проектировочный расчет производят на статическую прочность с целью ориентировочного определения диаметров вала.
- проверочный расчет валов производят на сопротивление усталости и на жесткость.
ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ
Проектировочный расчет выполняется условно только на кручение. т.к. изгибающие моменты могут быть определены только после проработки конструкции вала.
При расчете определяется диаметр концевого участка вала:
d ≥ ³√Mкр / 0.2 [ τ ] кр
Мкр – крутящий момент (равняется вращающему моменту Т в расчетном сечении)
[τ] кр – допускаемое напряжение кручения. Влияние изгиба учитывается снижением допускаемого напряжения [τ] кр
Диаметры других участков назначаются при разработке конструкции вала в целом.
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ
Проверочный расчет на сопротивление усталости производят по коэффициенту запаса прочности S в предположительно опасных сечениях.
При расчете учитывают:
- характер изменения напряжений
- влияние абсолютных размеров
- влияние концентрации напряжений
- влияние шероховатости и упрочнения поверхностей
Условное сопротивление усталости:
S =(Sσ – Sτ) / √Sσ² - Sτ² ≥ [ S ]
Sσ, Sτ – коэффициент запаса по нормальным и касательным напряжениям
[ S ] – допускаемый коэффициент запаса прочности (для валов передач принимается [ S ] = 1.5... 2.6)
Расчет валов на жесткость выполняется, когда упругие перемещения, возникающие под действием приложенных сил, могут оказать неблагоприятное влияние на работу расположенную на валу (или оси) деталей. Различную изгибную и крутильную жесткость. Изгибнуюжесткость оценивают угломθпрогиба, который определяютметодами сопротивления материалов.
