Проектирование валов

Проектирование валов складывается из двух этапов: конструирования и поверочного расчета. Проектирование производится после того, как рассчитаны зубчатые и другие передачи и механизмы.

Конструирование вала производится на этапе компоновки машины. Это эскизная наброска на чертеж основных частей конструкции (рис. 2).

A

Рис. 1. Основные конструктивные элементы вала

Рис. 2 Схема узла на основе вала

Исходными данными для размеров валов являются диаметры выходных концов, которые определяются предварительно расчетом на кручение по допускаемым напряжениям.

- угловое пониженное допускаемое напряжение.

Это напряжение берется порядка 200 кг/см²

Для редукторов установлены более конкретные рекомендации:

- диаметр быстроходного вала редуктора ,

- диаметр тихоходного вала редуктора

Исходя из этого диаметра, определяются другие диаметры валов. Следует руководствоваться рекомендациями:

- перепад диаметров должен быть наименьшим, он диктуется стандартизованными значениями упорных буртиков, фасок, переходных галтелей;

- посадочные размеры валов (диаметры в местах посадок) должны соответствовать значениям предпочтительных чисел (диаметр должны оканчиваться на 2, 4, 5, 6, 8, 0);

- тщательно прорабатываются фаски и гантели.

Типовая конструкция переходной части вала представлена на рис. 11.3

Рис. 3 Конструкция переходного участка вала

Благодаря такой конструкции переходной части уменьшается концентрация напряжений.

При проверочном расчете нужно определить нагрузки, действующие на вал. На вал действуют: крутящий момент, осевые и другие усилия на шестернях.

1. Определяются силы, действующие на вал, с учетом истинных точек их приложения.

2. Определяется расчетная схема вала.

Вал рассматривается как балка. Если стоит одинарный подшипник – то опора шариковая. Если стоят два подшипника с напрягом, то опора частично, или полностью защемленная. Балка нагружена поперечными силами и крутящим моментом. Балка нагружена силами в различных плоскостях.

3. По методике сопротивления материалов находятся реакции опор, эпюры изгибающих моментов и деформации в двух взаимно перпендикулярных сечениях. Находятся суммарные моменты и деформации в нужных сечениях. Находятся значения приведенных моментов в нужных сечениях.

4. Определяются напряжения в опасных сечениях.

Опасные сечения располагаются:

- в местах действия наибольших изгибающих моментов,

- в местах перехода сечений.

Наибольший момент определяется по эпюре и располагается под какой-то из сил.

В общем случае, опасные сечения устанавливаются по виду эпюр моментов и конструкции вала.

Расчет на прочность производится в зависимости от того, насколько напряженно работает вал. При этом различают два случая.

- Расчет на статическую прочность (для тихоходных валов, с числом нагружений, значительно меньших базового).

В этом случае: в опасном сечении определяются нормальные напряжения

М_∑ - суммарный изгибающий момент в данном сечении

Касательные напряжения

Эквивалентные напряжения

Это условие прочности при расчете на статическую прочность.

Критерий допустимости – предел текучести σ_Т,

n – запас прочности.

Это напряжение сопоставляется с допускаемым.