39. Расчет валов и осей на прочность

Выполняется как проверочный на стадии рабочего проектирования, когда практически готов рабочий чертёж вала, т.е. известна его точная форма, размеры и все концентраторы напряжений: шпоночные пазы, кольцевые канавки, сквозные и глухие отверстия, посадки с натягом, галтели (плавные, скруглённые переходы диаметров).

При расчёте полагается, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные напряжения кручения – по отнулевому пульсирующему циклу.

Проверочный расчёт вала на выносливость по существу сводится к определению фактического коэффициента запаса прочности n, который сравнивается с допускаемым

Здесь n_ и n_ - коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям

где _-1 и τ_-1 – пределы выносливости материала вала при изгибе и кручении с симметричным циклом; k_σ и k_τ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении, учитывающие галтели, шпоночные канавки, прессовые посадки и резьбу; ε_α и ε_τ – масштабные коэффициенты диаметра вала; _a и τ_a – амплитудные значения напряжений; _m и τ_m – средние напряжения цикла (_m= 0, τ_m= τ_a); ψ_σ и ψ_τ – коэффициенты влияния среднего напряжения цикла на усталостную прочность зависят от типа стали.

Если коэффициент запаса оказывается меньше требуемого, то сопротивление усталости можно существенно повысить, применив поверхностное упрочнение: азотирование, поверхностную закалку токами высокой частоты, дробеструйный наклёп, обкатку роликами и т.д. При этом можно получить увеличение предела выносливости до 50% и более.

40. Муфты. Назначение

Муфты это устройства, служащие для соединения концов валов, стержней, труб.

Большинство машин компонуют из отдельных частей с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт.

Классификация:

1. муфты неуправляемые (постоянно действующие): глухие (втулочные, фланцевые), компенсирующие жесткие (кулачково-дисковая, зубчатая), компенсирующие упругие (зубчато-пружинная, со звёздочкой, втулочно-пальцевая, с торообразной оболочкой).

2. муфты управляемые: кулачковые, фрикционные, дисковые, зубчатые сцепные.

3. муфты самоуправляемые автоматические: предохранительные, центробежные, свободного хода.

Применение:

• для включения и выключения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые),

• предохранения от перегрузки (предохранительные),

• компенсация влияния несоосности валов (компенсирующие),

• уменьшения динамических нагрузок (упругие).

41. Фланцевые муфты. Расчет

Часто применяются фланцевые жёсткие муфты, т.к. они допускают лёгкую сборку-разборку. Такие конструкции имеют две полумуфты в виде фланцев, устанавливаемых на концах валов с натягом и стянутых болтами. Вращающий момент передаётся за счёт сил трения между фланцами, а когда болты вставлены без зазора, то также и болтами. Фланцевые муфты стандартизованы в диапазоне диаметров 12  250 мм и передают моменты 0,8  4500 кГм. В тяжёлых машинах фланцы приваривают к валам.

Расчет.

С целью существенного упрощения расчетов, приближенно принимают, что весь вращающий момент передается только стержнями болтов, поставленных без зазора и работающих на срез и смятие.

Силы действующие на один болт F_t = 2T/ ( z · D₁), где

Т – расчетный вращающий момент; z – число болтов, поставленных без зазора; D₁ – диаметр на котором расположены оси болтов.

Диаметр d_о стержня болта, работающего на срез определяют из условия

t = 4F_t / (p·d_о²) Ј [ t ];    d_о і ( 4F_t / p · [ t ] )^1/2,

где [ t ] - допустимые касательные движения материала болта.

Далее необходимо выполнить проверочный расчет на смятие.