Методи розрахунку головних валів
Розрахунок міцності головного вала кривошипного преса являє собою складну задачу. Опори валів кривошипних пресів, не будучи абсолютно жорсткими, перетерплюють пружні деформації в залежності від діючих на вал навантаження і властивостей опори. Ці обставина в сполученні з тим, що проліт опор порівняльний з діаметром і довжиною цапфи, вносить значні зміни в розподіл сил. З цієї причини силовий розрахунок валів без обліку пружності опор не має достатньої точності.
О. Ф. Ністратовим розроблена методика розрахунку валів кривошипних пресів, яка враховує пружну взаємодію вала з опорами. Однак, з огляду на її громіздкість вона може бути рекомендована до розрахунку валів тільки оригінальних і унікальних пресів. Численні спроби спростити цю методику зводилися до представлення вала як балки на шарнірах і варіацією точки додатка реакцій у корінних опорах з метою збігу числових значень максимальних напруг з напругами за методикою О. Ф. Ністратова.
Для розрахунку двохопорних валів рекомендується застосовувати наближені формули, що не враховують пружність опор, приймаючи, що для колінчатих валів реакція розташовується на відстані lО/8 від кінця опори, зверненого до шатуна, а для ексцентрикових валів – на відстані lО/3– lО/4, де lО – довжина опор. При цьому передбачається, що навантаження прикладаються зосередженими, а точки додатка рівнодіючих розташовані на одній горизонталі. Зазори в підшипниках дозволяють валу вільно згинатися.
Зміна навантаження на головному валу преса відбувається з періодичним зростанням сили і моменту, що крутить, від нуля до максимуму і наступним спадом знову до нуля. При багаторазовому повторенні операцій у часі подібний характер роботи приводить до пульсації внутрішні сили напруг у металі вала. З огляду на цю обставину і фактів втомного руйнування, розрахунок головних валів кривошипних пресів варто проводити на втомну міцність при пульсуючому циклі навантаження.
У загальному випадку в перетинах головного валу діють три силових параметри: згинаючі і крутильні моменти, поперечні сили, що перерізують. Перший з цих факторів викликає в металі нормальні напруги, другий і третій – дотичні напруження.
У загальному випадку зусилля, припустиме на повзуні по міцності головного вала, виходячи з обмеження коефіцієнта запасу міцності n при пульсуючому циклі навантаження, визначається по формулі
, (5.51)
де d О – діаметр розрахункового перетину;
n – коефіцієнт запасу міцності;
k э – коефіцієнт еквівалентного навантаження;
σ -1и – границя витривалості при симетричному циклі;
Uи, Uk, UQ – відповідно, приведене плече згинаючого моменту, приведене плече моменту, що крутить, і коефіцієнт поперечних сил;
Фσ, Фτ – коефіцієнти, що характеризують механічні властивості матеріалу вала по нормальних і дотичних напруженнях.
Значення коефіцієнтів Uи, Uk, і UQ залежать від конструкції головного вала і схеми привода ГВМу. Для коротко ходових пресів (Smax < dО) можна зневажати дією поперечних сил (UQ = 0) у визначених перетинах вала. З іншого боку, для пресів з великим ходом (Smax > dО), коли відносно зростає крутильний момент, можна зневажати дією згинаючих сил (Uи=0).
Унаслідок того, що моменти, що крутить і згинають є перемінними і залежать від кута повороту вала, припустиме зусилля на повзуні є перемінним у залежності від положення вала.
Наприклад, для перетину BB одно кривошипного преса з маховиком на головному валу (рис. 5.15):
Uи = l О/16, Uk = m k, UQ = 0,5.
Розрахункова формула для визначення припустимого зусилля по міцності вала в перетині ВВ зазначеного преса
. (5.52)
З формули (5.52) випливає, що основними напрямками зміни міцності вала є зміна розрахункового діаметра (dО) і зміна матеріалу вала (σ-1и).
|