Конструирование валов привода. Расчеты валов

Основными критериями работоспособности валов являются прочность и жесткость, а в ряде случаев еще и виброустойчивость и износостойкость. Чаще всего валы передач разрушаются из-за низкой усталостной прочности. Поломки валов в местах концентрации напряжений происходят вследствие действия переменных напряжений. Для тихоходных валов, работающих с повышенными нагрузками, основным критерием работоспособности является статическая прочность. Для исключения недопустимых прогибов у, углов поворота поперечных сечений α и углов закручивания φ при изгибе и кручении проводят расчет на жесткость валов. Для быстроходных валов, подверженных опасности возникновения резонанса, выполняют расчет на виброустойчивость.

Для окончательного расчета валов необходимо знать его конструкцию, тип и расположение опор, места приложения внешних нагрузок. Но вместе с тем подбор подшипников возможен только при известном диаметре вала в месте установки подшипников. Поэтому расчет валов выполняют в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный), выполняемый либо в упрощенном, либо в уточненном виде.

 

 

Выбор материалов валов 

Для изготовления валов чаще всего применяют углеродистые и легированные стали в виде проката и поковок. Широко используются термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х, 45Х; для высоконагруженных валов используют легированные стали 40ХН, 20Х, 30ХГТ, 12ХН3А. Применение легированных сталей дает возможность уменьшить массу и размеры вала и повысить износостойкость, например, зубьев при изготовлении валов-шестерен. Рекомендации по выбору марок сталей и упрочняющей термической обработки приведены в Приложении 3. Свойства различных марок сталей представлены в Приложении 4.

Проектировочный расчет

Проектный расчет, выполняемый на стадии эскизного проектирования, производится только на кручение (крутящий момент  Момент изгибающий  будет определен только после разработки конструкции). Для компенсации неизвестных на этот момент напряжений изгиба и других неучтенных факторов принимают значительно пониженные значения допускаемых напряжений кручения (например, для выходных концов валов редукторов принимают 15–20МПа).

Проектировочный расчет производят для ориентировочного определения посадочных диаметров, длин участков вала, получения эскиза вала с последующим расчетом на статическую прочность.

В зависимости от того, какой вал проектируется, определяется диаметр входного участка или диаметр выходного участка из расчета на кручение.

Из условия прочности на кручение:

где  Н/мм² – допускаемое напряжение на кручение (меньшее значение – для быстроходных валов, большее – для тихоходных валов).

Полученный диаметр вала округлить до ближайшего значения из ряда  нормальных линейных размеров, мм: 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38,40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 71, 75, 80, 85, 90, 95, 104, 105, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170…280 (ГОСТ 6636-69).

Если выходной конец ведущего вала соединяется муфтой с валом электродвигателя диаметром , то рекомендовано принимать

Диаметры других участков редукторных валов, а так же длины этих участков определяют ориентировочно при разработке конструкции.