Розрахунок приймальних і проміжних валів

Приймальні і проміжні вали (далі – просто проміжні, якщо не обговорено інше) пресів виготовляють зі сталей марки 45 з наступною нормалізацією і поліпшенням, 40Х и 40ХН із поліпшенням, 20Х с цементацією і загартуванням. Як і для головних валів, при їхньому виготовленні особливу увагу приділяють заходам щодо зниженню концентраторів напруг, зв’язаних з наявністю на валах виточень, шліців, шпонкових канавок, отворів, малих радіусів округлень, шорсткості поверхні і т. д.

Розрахунку проміжних валів передує побудова кінематичної схеми преса, визначення передатних відносин по ступенях приводу і розрахунок клиноремінної і зубчастих передач, двигуна і маховика.

Після ескізної розробки конструкції вала визначаються розрахункові навантаження, будуються епюри моменту, що крутить, і згинальних моментів і визначаються небезпечні переріз, які перевіряються на статичну міцність і на витривалість. Для довгих і багато опорних валів іноді перевіряють величину припустимого прогину (перевірка на жорсткість). Вали розглядають як балки на шарнірних опорах. Діючі навантаження і реакції в опорах вважають зосередженими, а точки додатка рівнодіючих приймають посередині маточин коліс маховика й опор. Таке допущення обґрунтоване тим, що в більшості приводів пресів довжина опори порівнянна з її діаметром.

Попередні розміри вала визначаються при компонуванні механізмів приводу, при цьому найменший попередньо передбачуваний діаметр d вала визначається з розрахунку на чисте крутіння зі зниженими напругами, що допускаються:

, (6.24)

де M _max – максимальний крутильний момент, на валу;

τ _к – напруга, що допускається, на крутіння (для сталей 40 і 45 τ _к = 30…40 МПа).

Інші розміри вала визначаються з урахуванням посадок коліс, підшипників і т.д. Усі лінійні розміри вала округляються до найближчих переважних чисел за ГОСТ 6636–60.

 

Розрахункові навантаження

 

У залежності від кінематичної схеми приводу на прийомний вал діють наступні зовнішні навантаження:

· крутильний момент;

· сила нормального тиску на зуби коліс;

· сила натягу ремінної передачі;

· реакції опор.

Крутильні моменти на відповідних валах визначаються з обліком ККД і передатних відносин ступенів

, (6.25)

де M _кmax – максимальний крутильний момент на головному валу;

i ₁, i ₂ … i _n – передатні відносини ступенів передач, починаючи від головного вала;

η ₁, η ₂… η _n – ККД відповідних ступенів передач з урахуванням втрат у підшипниках. Для підшипників ковзання η = 0,96, для підшипників кочення η = 0,98.

Колова сила, на зубчатому колесі, тобто сила, діюча на вал

. (6.26)

Радіальна сила, діюча на вал з боку зубчатого колеса

, (6.27)

Тут позначено:

M _i – крутильний момент на відповідному колесі;

d _o – діаметр початкового кола колеса;

m _нi – нормальний модуль зачеплення колеса;

z _i – число зубів колеса.

Сила попереднього натягу пасової передачі визначається по наближеній формулі

, (6.28)

де σ _о – початковий натяг ременів, прийнятий рівним 0,9…1,5 МН/м² відповідно до рекомендацій в п. 6.5;

F _р – площа перетину клинового ременя;

z _р – число ременів.

Зусилля від пасової передачі вважається спрямованим по лінії, що з’єднує центри шківів.

Реакції в опорах валів визначаються за відомими правилами механіки. При цьому враховуються напрямки сил у просторі, зв’язані з різним розташуванням щодо вертикальної осі вала зубчастих і клиноремінної передач. Після розрахунку навантажень і реакцій будуються епюри згинаючих і крутильних моментів і визначаються кілька небезпечних перетинів.