Критерии работоспособности валов и осей

Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основными критериями работоспособности являются сопротивление усталости и жесткость.

К технологическим способам относятся термическая и химико-термическая обработка сталей, дробеструйная обработка и накатывание деталей роликами, алмазное выглаживание (уплотнение поверхности скругленным алмазным инструментом), ультразвуковое упрочнение и т. д. Например, накатывание резьб повышает прочность детали в 1,5...2 раза и практически устраняет концентрацию напряжений у основания резьбы.

Конструктивные способы повышения усталостной прочности деталей не всегда полностью могут устранить концентраторы напряжений. В таких случаях стремятся заменить резкие концентраторы умеренно действующими.

С целью повышения усталостной прочности переходных участков валов уменьшают перепад диаметров и вводят галтели, эффективность которых зависит от величин их радиусов. Для больших перепадов диаметров рекомендуется брать R/d 5>= 0,1, для малых перепадов — R/d = 0,05...0,08 (рис. 64,I).

 

Проектный расчет валов и осей.

 

72. Проверочный расчет валов производится на сопротивление усталости и жесткость, а в отдельных случаях на колебания [1]. Выполняется после конструктивного оформления вала на основе проектировочного расчета и подбора подшипников.

Проверочный расчет вала выполняют по его расчетной схеме. При составлении расчетной схемы валы рассматривают как прямые брусья, лежащие на шарнирных опорах.

При выборе типа опоры полагают, что деформации валов малы, и если подшипник допускает хотя бы небольшой наклон или перемещение цапфы, его считают шарнирно-неподвижной или шарнирно-подвижной' опорой. Подшипники качения или скольжения, воспринимающие одновременно радиальные и осевые силы, рассматривают как шарнирно-неподвижные опоры (рис. 22.6, а), а подшипники, воспринимающие только радиальные силы,— как шарнирно-подвижные (рис. 22.6, б).

Расчет валов на жесткость

Вал, рассчитанный из условий динамической прочности, может не обеспечить нормальной работы зубчатых колес и подшипников, если под действием передаваемых усилий он будет чрезмерно деформироваться.

Расчет на жесткость сводится к определению прогибов у (рис. 3-6), углов наклона оси вала 6 и к сопоставлению их с допускаемыми. Допускаемый прогиб вала не должен превышать 0,0001-0,0005 расстояния между опорами или под зубчатыми колесами 0,01-0,03 модуля в см. Углы наклона оси вала в опорах не должны превышать 0,001 радиана при зубчатых колесах; то же в радианах, не более: 0,0025 - для цилиндрических роликоподшипников; 0,0016 - для конических роликоподшипников; 0,005 - для однорядных шарикоподшипников; 0,05 - для сферических под­шипников.

Для проверки вала на жесткость по углу закручивания при [ц] ≈ (4,4 … 8,8) 10-3 рад (~ 0,25 … 0,5°) на 1м длины вала пользуются формулой

Расчет на усталость

При расчете на сопротивление усталости необходимо прежде всего установить характер цикла напряжений. Вследствие вращения вала напряжения изгиба в различных точках его поперечного сечения изменяются по симметричному циклу, даже при постоянной нагрузке (исключение составляют случаи, когда нагрузка вращается вместе с валом).

Напряжения кручения изменяются пропорционально изменению нагрузки. В большинстве случаев трудно установить действительный цикл нагрузки машины в условиях эксплуатации. Тогда расчет выполняют условно по номинальной нагрузке, а циклы напряжений принимают — симметричным для напряжений изгиба (рис. 15.4, а) и отнулевым для напряжений кручения (рис. 15.4, б). Выбор отнулевого цикла для напряжений кручения обосновывают тем, что большинство машин работает с переменным крутящим моментом, а знак момента изменяется только у реверсивных машин. Неточность такого приближенного расчета компенсируют при выборе запасов прочности.

Приступая к расчету, предположительно намечают опасные сечения вала, которые подлежат проверке (сечения /—I и II—//). При этом учитывают характер эпюр изгибающих и крутящих моментов, ступенчатую форму вала и места концентрации напряжений (см. рис. 15.1). Для опасных сечений определяют запасы сопротивления усталости и сравнивают их с допускаемыми. При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяют по формуле

Согласно принятому выше расчете валов

переменных – постоянные