Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАЛОВ

Валы предназначены для поддержания и установки на них вращающихся деталей машин. На валах передач общего назначения устанавливают: зубчатые и червячные колеса, звездочки, шкивы, муфты, подшипники, катки фрикционных передач. Валы подвержены совместному действию изгиба от сил, возникающих в зацеплении деталей передач, от веса этих деталей и собственного веса и кручения от передаваемого крутящего момента. В отличие от валов оси работают только на изгиб.

По конструктивному исполнению валы можно классифицировать на несколько основных групп:

- гладкие;

- ступенчатые;

- коленчатые;

- кулачковые;

- гибкие.

Валы и оси в большинстве случаев изготавливаются круглого, сплошного поперечного сечения. Валы большого диаметра и специальной или облегченной конструкции выполняют полыми (для уменьшения массы, подачи через отверстие смазки или для размещения во внутренней полости других деталей). Например, в шпинделе токарного станка может помещаться обрабатываемая заготовка (пруток), через отверстие распредвала подается смазка. Наиболее распространенными являются ступенчатые валы, которые технологичны в изготовлении и в сборке, а по форме приближаются к равнопрочной (по длине) конструкции. Кроме того, при сборке насаживаемые на вал детали должны свободно проходить вдоль вала до места их установки. Уступы, буртики, радиусные переходы (галтели) позволяют фиксировать детали в осевом направлении. Быстроходные (входные) и промежуточные валы редукторов могут выполняться заодно с шестернями или червяками, что также существенно снижает стоимость их изготовления.

Коленчатые валы используются в кривошипно-шатунных механизмах для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот (насос, компрессор, двигатель). Кулачковые валы являются носителем «программ» для управления различными механизмами (металлорежущие станки-автоматы, газораспределительный механизм, топливные насосы двигателей). Гибкие валы представляют собой витые многозаходные пружины кручения, применяются для передачи вращения в механизмах по сложной траектории или меняющими свое положение в процессе работы. Например, ручной инструмент с механическим приводом, механический привод спидометра (у автомобилистов имеет название «тросик»).

Участки поверхностей валов, которыми они опираются на подшипники, называются цапфами. Концевые цапфы называются шипами, а промежуточные шейками. Цапфы валов, устанавливаемые в подшипники качения, выполняют цилиндрической формы. Для подшипников скольжения кроме цапф цилиндрической формы используют конические и сферические. Конические цапфы применяют в обоснованных случаях: (осевая фиксация вала, обеспечение возможности регулировки осевого зазора в подшипнике).

Материалы валов. Валы изготавливают из углеродистых и легированных сталей. При отсутствии термообработки применяют стали типа Ст5, с термообработкой – стали 40, 45, 40Х и другие. Для валов тяжелонагруженных и ответственных передач стали 40ХН, 40ХМН3А и другие. Для повышения износостойкости валов применяют химико-термическую обработку с закалкой при этом в зависимости от вида химико-термической обработки используют сталь соответствующей марки, например

Основными критериями работоспособности валов являются:

-статическая и усталостная прочность;

-изгибная и крутильная жесткость;

-виброустойчивость.

В каждом конкретном случае при конструировании и расчете валов выбирают определяющие критерии или критерий по которым производится расчет.

 

Проектирование вала начинают с ориентировочного определения диаметра выходного конца из расчёта на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учёта влияния изгиба:

 

d , (1.1

где T – крутящий момент, передаваемый валом Н× мм ; - допускаемое напряжение на кручение; для валов из сталей 40, 45, Ст 5 принимают пониженное значение = 20 … 25 МПа. Полученный результат округляют до ближайшего значения из ряда нормальных линейных размеров R40: 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160.

Примечание. В случае необходимости допускаются размеры: в интервале 12 до 26 мм – кратные 0,5; в интервале 26 до 30 – целые числа; в интервале 50 до 120 – размер 115 и размеры, оканчивающиеся на 2 и 8; в интервале 120 до 160 – кратные 5.

Для редукторов общего назначения рекомендуется изготовлять валы одинакового диаметра по всей длине; допуски на отдельных участках назначают в соответствии с требуемыми посадками деталей. Однако применяют и ступенчатую конструкцию вала для облегчения монтажа подшипников, зубчатых колёс и других деталей. Диаметр выходного конца вала редуктора не должен отличаться от диаметра вала электродвигателя больше чем на 20%. При выполнении этого условия соединение валов осуществляют стандартной муфтой.

Диаметр промежуточного вала определяют в опасном сечении в месте посадки шестерни, принимая = 10 … 20 МПа.

К концам вала диаметр под подшипники снижают, предусматривая в случае необходимости заплечики для фиксации в осевом направлении.

Наметив конструкцию вала и установив основные размеры его (диаметры участков, расстояния между серединами опор и плечи нагрузок), выполняют проверочный расчёт, определяя расчётные коэффициенты запаса прочности n для опасных сечений:

полученное значение n должно быть не ниже В случае необходимости допускается снижение до 1,7 при условии выполнения специального расчёта вала на жёсткость.

В формуле (1.2) ns - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

(1.3)

где s-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба: для углеродистой стали s-1 = 0,43s В, для легированной s-1 = 0,35 s В + (70…120) МПа; ks - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений (табл. 1.1 – 1.6); es - масштабный фактор для нормальных напряжений (табл. 1.7); b - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности Ra от 0,32до 2,5 мкм принимают b = 0,97…0,90; sа – амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба suв рассматриваемом сечении; sm – среднее напряжение цикла нормальных напряжений; если осевая нагрузка Ра на вал отсутствует или пренебрежимо мала, то принимают sm = 0;

 

 

1.1. Значения ks и kt для валов с галтелями

Валы из стали, имеющей s в, МПа
ks kt
До 1,1 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 0,20 1,96 1,66 1,51 1,40 1,34 1,25 1,19 2,08 1,69 1,52 1,41 1,36 1,26 1,21 2,20 1,75 1,54 1,42 1,37 1,27 1,22 2,35 1,81 1,57 1,44 1,38 1,29 1,23 2,50 1,87 1,60 1,46 1,39 1,30 1,24 1,30 1,20 1,16 1,12 1,09 1,06 1,04 1,35 1,24 1,18 1,14 1,11 1,07 1,05 1,41 1,27 1,20 1,16 1,13 1,08 1,06 1,45 1,29 1,23 1,18 1,15 1,09 1,07 1,50 1,32 1,24 1,19 1,16 1,11 1,09
Св. 1,1 до 1,2 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 0,20 2,34 1,92 1,71 1,56 1,48 1,35 1,27 2,51 1,97 1,74 1,58 1,50 1,37 1,29 2,68 2,05 1,76 1,59 1,51 1,38 1,30 2,89 2,13 1,80 1,62 1,53 1,40 1,32 3,10 2,22 1,84 1,64 1,54 1,41 1,34 1,50 1,33 1,26 1,18 1,16 1,10 1,06 1,59 1,39 1,30 1,22 1,19 1,11 1,08 1,67 1,45 1,33 1,26 1,21 1,14 1,10 1,74 1,48 1,37 1,30 1,24 1,16 1,13 1,81 1,52 1,39 1,31 1,26 1,18 1,15
Св. 1,2 до 2 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 0,20 2,40 2,0 1,85 1,66 1,57 1,41 1,32 2,60 2,10 1,88 1,68 1,59 1,43 1,34 2,80 2,15 1,90 1,70 1,61 1,45 1,36 3,0 2,25 1,96 1,73 1,63 1,47 1,38 3,25 2,35 2,0 1,76 1,64 1,49 1,40 1,70 1,46 1,35 1,25 1,21 1,12 1,07 1,80 1,53 1,40 1,30 1,25 1,15 1,10 1,90 1,60 1,45 1,35 1,28 1,18 1,14 2,0 1,65 1,50 1,40 1,32 1,20 1,16 2,10 1,70 1,53 1,42 1,35 1,24 1,20

 

 

1.2. Значения ks и kt для валов с выточками

ks для валов из стали, имеющей s в, МПа kt для валов из стали, имеющей s в, МПа
£ 650 £ 650
До 0,6 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,82 1,77 1,72 1,68 1,63 1,53 1,92 1,82 1,77 1,72 1,68 1,55 2,06 1,96 1,87 1,77 1,72 1,58 2,21 2,06 1,92 1,87 1,77 1,63 2,30 2,61 1,96 1,92 1,82 1,68 До 1,1 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,29 1,27 1,25 1,21 1,18 1,14 1,32 1,30 1,29 1,25 1,21 1,18 1,39 1,37 1,36 1,32 1,29 1,21 1,46 1,43 1,41 1,39 1,32 1,25 1,50 1,48 1,46 1,43 1,37 1,29
Св. 0,6 до 1,0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,85 1,80 1,75 1,70 1,65 1,55 1,95 1,85 1,80 1,75 1,70 1,57 2,10 2,0 1,90 1,80 1,75 1,60 2,25 2,10 1,95 1,90 1,80 1,65 2,35 2,20 2,0 1,96 1,85 1,70 Св. 1,1 до 1,2 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,37 1,35 1,32 1,27 1,23 1,18 1,41 1,37 1,36 1,32 1,27 1,23 1,50 1,47 1,46 1,41 1,37 1,27 1,59 1,55 1,52 1,50 1,41 1,37 1,65 1,62 1,50 1,55 1,47 1,37
Св. 1 до 1,5 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,89 1,84 1,78 1,73 1,68 1,58 1,99 1,89 1,84 1,78 1,73 1,60 2,15 2,05 1,94 1,84 1,78 1,63 2,31 2,15 1,99 1,94 1,84 1,68 2,41 2,26 2,05 1,99 1,89 1,73 Св. 1,2 до 1,4 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,40 1,38 1,35 1,30 1,25 1,20 1,45 1,42 1,40 1,35 1,30 1,25 1,55 1,52 1,50 1,45 1,40 1,30 1,65 1,60 1,57 1,55 1,45 1,35 1,70 1,68 1,65 1,60 1,52 1,40
Св. 1,5 до 2 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 1,93 1,87 1,82 1,76 1,71 1,60 2,04 1,93 1,87 1,82 1,76 1,62 2,2 2,09 1,98 1,87 1,82 1,66 2,37 2,2 2,04 1,98 1,87 1,71 2,47 2,37 2,09 2,04 1,93 1,76

 

 

1.3. Значения kt и ks для валов с выточками

       
ks kt
для валов из стали, имеющей sв, МПа
£ 700 £ 700
Св. 0,05 до 0,15 2,0 2,02 2,12 2,35 1,75 1,83 1,90 2,0
Св. 0,15 до 0,25 1,80 1,82 1,90 2,10
Примечание. Момент сопротивления нетто: при изгибе при кручении

 

1.4. Значения ks и kt для вала с одной шпоночной канавкой

Коэффициенты sв, МПа Примечание. ;
ks 1,6 1,75 1,80 1,90 2,0
kt 1,5 1,6 1,7 1,9 2,1

1.5. Значения ks и kt для шлицевых участков вала

Шлицы sВ, МПа
Прямобочные ks 1,55 1,60 1,65 1,70 1,72
kt 2,35 2,45 2,55 2,65 2,70
Эвольвентные ks 1,55 1,60 1,65 1,70 1,72
kt 1,46 1,49 1,52 1,55 1,58

1.6. Значения для валов с напрессованными деталями

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.