Расчет на статическую прочность

 

Проверку статической прочности производят с целью предупреждения пластических деформаций в период действия кратковременных перегрузок (на-

пример: при пуске, реверсировании, торможении, буксовании).

Для электропривода используют коэффициент перегрузки К _П = Т _max/ T, где Т _max – максимальный кратковременно действующий момент (момент перегрузки), Т – номинальный (расчетный) вращающий момент. Для асинхронных электродвигателей по каталогу К _П = 2,2…2,9.

Для каждого опасного сечения максимальные моменты M _max = К _П M, Н·м; и T _max = К _П T, Н·м; максимальная осевая сила F _max = К _П F_A, где F_A – внешняя суммарная осевая сила на валу. В опасных сечениях находят максимальные напряжения: нормальные     σ = 10³ M _max / W + F _max / A,                           (6.1)

   касательные τ = 10³ T _max / W _p,                                            (6.2)

где W и W _p – моменты сопротивления сечения вала на изгиб и кручение, мм³;   А – площадь сечения, мм².

Коэффициенты запаса прочности по нормальным S _Tσ = σ_T/σ и касательным S _Tτ = τ_T/τ напряжениям, где σ_T, τ_T – соответствующие пределы текучести материала, МПа. Общий коэффициент запаса прочности

                                 S _T = S _Tσ S _Tτ / (S _Tσ² + S _Tτ²)^1/2 > [ S ]_T.

Минимально допустимое значение [ S ]_T = 1,3…2,0.

 

Расчет на сопротивление усталости

 

При вращении вала напряжения изгиба σ_и (рис. 6.4) изменяются по симметричному циклу:

                                                   R _σ = – 1, σ _m = 0, σ _a = σ_и.

Напряжения кручения τк пропорциональны моменту Т и изменяются (считают условно) по отнулевому циклу: R τ = 0, τ m = τ a = τк /2.      В упрощенном расчете параметры цик- ла рассчитывают по максимальной из дли -

тельно действующих  (из циклограммы нагружения) нагрузке. Кратковременная перегрузка на усталость не влияет.                                 

Расчет выполняют в форме проверки общего коэффициента запаса прочности S в опасных сечениях вала, имеющих концентраторы напряжений.

Для расчета должен быть полностью разработан рабочий чертеж вала.

Коэффициент безопасности S = S _σ S _τ / (S _σ² + S _τ²)^{1 / 2} > [ S ], где [ S ] = 1,5…2,5 – минимально допускаемое значение; S _σ = σ_{-1 D} /σ_и – коэффициент запаса по нормальным напряжениям при симметричном цикле; S _τ = 2τ_{-1 D} / [τ_к(1 + ψ_{τ D})] – коэффициент запаса по касательным напряжениям при отнулевом цикле; σ_{-1 D} и τ_{-1 D} – пределы выносливости материала вала в рассматриваемом сечении при симметричном цикле.

    Расчет σ_и и τ_к ведут по формулам (6.1) и (6.2), где у M _max, T _max, F _max К _П =

= 1 (без учета перегрузки).

Расчет валов на жесткость и виброустойчивость

 

Расчет валов на жесткость выполняют в тех случаях, когда их деформации (линейные или угловые) существенно влияют на работу сопряженных с валом деталей (зубчатых колес, червяков, подшипников, соединений и т.д.).

    Деформации валов определяют по формулам “Сопротивления материалов”, которые приводятся в справочниках.

    Вал-червяк на прогиб следует считать обязательно. Для валов зубчатых редукторов жесткость заложена в конструктивных рекомендациях.

Колебания валов связаны с периодическими изменениями передаваемой нагрузки, неуравновешенностью вращающихся масс и др. погрешностями.

Практическое значение имеют расчеты частот собственных колебаний f валов и их сравнения с крутильной частотой возмущающей силы с целью предотвращения резонанса.

Критическая частота вращения вала при резонансе n _к = 60 f, мин^–1.

Пределы виброустойчивости:

1) в дорезонансной зоне n < 0,7 n _к. Чем больше жесткость, тем выше f.

Следовательно, необходимо повышать жесткость вала, чтобы удалить границу критической частоты вращения n _к;

2) в зарезонансной зоне n > 1,3 n _к. Жесткость вала или f следует снижать, чтобы понизить n _к, т е. применять так называемые “гибкие” валы.

Зона (0,7…1.3) n _к запрещена для использования. Переход через нее следует осуществлять с максимальной скоростью или в конструкцию включать демпферы – ограничители амплитуд колебаний.

На виброустойчивость проверяют валы, работающие при очень высоких скоростях.

 

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Подшипники – это опоры валов, вращающихся осей и деталей, вращающихся вокруг валов и осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу, и передают их на корпус и раму машины.

По роду трения подшипники разделяют на подшипники качения и подшипники скольжения.     Подшипник качения (далее ПК) состоит (рис. 7.1) из внутреннего 1 и наружного 2 колец с дорожками качения, тел качения 3 и сепаратора 4 для разделения по шагу γ и направления тел качения. Сепаратор может быть штампованным из листовой стали, половины которого соеди-

няются заклепками, и массивным (из латуни, бронзы, антифрикционной стали, алюминия, пластмасс и пр.), применяемым в быстроходных подшипниках.