Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
Критерии работоспособности и виды разрушений валов и осей
Материалы
Для валов и осей применяют качественные углеродистые и легированные стали. Для валов и осей неответственных передач применяют стали обыкновенного качества (без термообработки).
Валы и оси обрабатывают на токарных станках, посадочные поверхности могут шлифоваться.
Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения (рис. 11.3) и чаще всего выходят из строя в результате усталостных разрушений.
Основными расчетными нагрузками являются крутящий момент (для валов) и изгибающий момент.
Основными критериями работоспособности являются прочность и жесткость.
Расчет валов проводится в два этапа: проектировочный только под действием крутящего момента и проверочный расчет с учетом крутящего и изгибающего моментов.
1. Проектировочный (предварительный) расчет вала проводят по формуле
где Мк — крутящий момент, Мк= Т; Т — вращающий момент на валу; d — диаметр вала; [тк] — допускаемое напряжение при кручении, [тк] = 20...30 МПа.
Полученное значение диаметра вала округляют до ближайшего большего размера из ряда чисел R40 по ГОСТ «Нормальные линейные размеры» (см. табл. П37 Приложения). Форму и размеры вала уточняют при эскизной проработке вала после определения размеров колес, муфт и подшипников, по которым определяют длину шеек и цапф вала.
Проверочный расчет спроектированного вала проводят по сопротивлению усталости и на жесткость.
Предварительно определяют все конструктивные элементы вала, обработку и качество поверхности отдельных участков. Составляется расчетная схема вала и наносятся действующие нагрузки.
2. Проверочный уточненный расчет на сопротивление усталости заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях, выявленных по эпюрам моментов с учетом концентрации напряжений.
Принимают, что напряжение изгиба меняется по симметричному циклу (см. рис. 11.3, а), а напряжение кручения — по отнулевому (см. рис. 11.3, б).
Амплитуда цикла изменения напряжений изгиба вала
где Мж — изгибающий момент;
амплитуда отнулевого цикла изменения напряжений кручения
где Wос, Wp — момент сопротивления изгибу и кручению сечений вала соответственно.
Запас прочности вала:
по нормальным напряжениям
по касательным напряжениям
где σ-1 — предел выносливости при расчете на изгиб; τ-1 — предел выносливости при расчете на кручение; KσD, KτD — общий коэффициент концентрации напряжений при изгибе и кручении соответственно:
где Кσ, Кτ, — коэффициенты снижения предела выносливости за счет местных концентраторов — галтелей, выточек, поперечных отверстий, шпоночных пазов (эффективный коэффициент концентрации напряжений); Kd — коэффициент влияния абсолютных размеров; KF — коэффициент влияния обработки поверхности; Kv — коэффициент упрочнения поверхности; значения перечисленных коэффициентов приведены в специальной литературе.
Расчетный коэффициент запаса выносливости в сечении при совместном действии изгиба и кручения
Минимально допустимое значение коэффициента запаса прочности 1,6...2,5.
Расчет осей ведут только на изгиб: при расчете неподвижных осей принимают изменения напряжений по отнулевому циклу, при расчете подвижных — по симметричному.
3. Упрощенный проверочный расчет на усталость проводят в предположении, что нормальные напряжения (изгиба) и касательные напряжения (кручения) меняются по симметричному циклу. Одновременное действие крутящего и изгибающего моментов рассчитывается по гипотезе наибольших касательных напряжений
где Мп — суммарный изгибающий момент, геометрическая сумма изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях:
Условие сопротивления усталости
где σэкв — эквивалентные напряжения в сечении; Мэкв — эквивалентный момент в сечении; d — диаметр вала в сечении; [σ-1и] — допускаемое напряжение изгиба при симметричном цикле изменения напряжений.
В большинстве случаев ограничиваются упрощенным проверочным расчетом. В специальных случаях используют коленчатые (непрямые) валы и валы с изменяемой формой геометрической оси (гибкие). Используют сплошные и полые (с осевым отверстием) валы.
