Проверочный расчет валов

Детали вращательного движения

В машинах много разнообразных деталей вращательного дви­жения: зубчатые колеса, шкивы ременных передач, барабаны, звез­дочки цепных передач, маховики, шпиндели станков, колеса авто­мобилей и гидротурбин. Все эти вращающиеся детали устанавли­вают на валах или осях.

Осью называется деталь, предназначенная только для поддер­жания вращающихся деталей; оси не передают крутящего момента. Чаще всего оси изготовляются прямыми и могут быть двух типов: невращающимися и подвижными, т. е. вращающимися вместе с установленными на них деталями. На расчетных схемах оси пред­ставляют балками, нагруженными изгибающими моментами, т.е. при расчетах не учитывают крутящий момент и силы трения.

Валы, в отличие от осей, не только поддерживают вращаю­щиеся детали машин, но и передают крутящие моменты, поэтому их рассчитывают на совместное действие кручения и изгиба. Если значения крутящих моментов на валу значительно больше значе­ний изгибающих моментов, то валы считаются легко нагружен­ными и их рассчитывают на кручение, пренебрегая изгибом.

По форме геометрической оси валы разделяют на прямые и ко­ленчатые. Коленчатые валы применяют при необходимости пре­образования в машине возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот. В таких валах совмещаются функции валов с функциями кривошипов в кривошипно-шатунных меха­низмах. Особую группу составляют гибкие валы, положение гео­метрической оси которых может изменяться в пространстве.

Чаще всего оси и валы имеют две опоры, но существуют и мно­гоопорные трансмиссионные валы, отдельные части которых соединяются муфтами.

Опорные части валов и осей называют цапфами (1 на рис. 5), причем промежуточные цапфы называют шейками, а концевые -шипами. Цапфы передают на опоры радиальную нагрузку; длина цапфы под подшипники качения меньше, чем под подшипники

Рис. 5

скольжения. Для соединения вала или оси с другими деталями на поверхностях делают шпоночные пазы 4, отверстия 3; нарезают резьбу 2 и шлицы 6 (см. рис. 5). Резкие изменения сечений вала снижают его усталостную прочность. Поэтому переход от одного сечения к другому должен выполняться плавно, в виде галтелей 5.

При вертикальном расположении вала осевые силы вала давят на подпятник. В больших гидроагрегатах (типа Волжской ГЭС) подпятники испытывают осевую нагрузку, достигающую 34 МН.

Задачами расчета валов является обеспечения усталостной прочности, ограничение деформаций изгиба и кручения, возможных поперечных и крутильных колебаний. Расчет и конструирования валов – взаимосвязанные процессы, поэтому расчет валов состоит из двух этапов: проектного и проверочного расчета.

Проектный расчет

При проектном расчете валов, как правило, известны нагрузки и размеры основных деталей, расположенных на валу. Нужно выбрать материал и определить размеры вала.

Порядок проведения проектного расчета.

1 Предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета только на кручение при заниженных допускаемых напряжениях.

Из условия прочности на кручение

Проверочный расчет валов

Порядок проведения проверочного расчета валов.

1. Выбирают расчетную схему и определяют расчетные нагрузки.

2. Находят опасные сечения, обусловленные наибольшим изгибающим моментом, ослабленные концентраторами напряжений: галтель, виточка, шпоночный паз, резьба и т.п.

3. Проводят расчет на статическую прочность. Например, при использовании энергетической теории прочности эквивалентные напряжения определяются по формуле

s _е = s _max²+3 t _k ²£[ s ]_max,

Вопросы:

- Какие детали относят к деталям вращательного типа?

- В чем отличие вала от оси? Классификация валов и осей по назначению и по геометрической форме?