Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
КП Расчет и конструирование валов.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
419 Кб
Скачать
☆

2.2. Определение напряжений изгиба и кручения

Предположительно устанавливают опасные сечения, исходя из эпюр изгибающих и крутящих моментов, размеров сечений вала и концентраторов напряжений. На эскизе вала указывают опасные сечения, для которых будет выполняться расчет. Например, у вала изображенного на рис. 2.1, опасным является сечение I-I в месте контакта со ступицей колеса, так как здесь действуют наибольший изгибающий момент и крутящий момент; диаметр вала близок к наименьшему и имеет шпоночный паз.

Для выбранного сечения определяют

напряжения изгиба и= и напряжения кручения к= ,

где М-изгибающий момент в опасном сечении, Hм; М= ;

W-осевой момент сопротивления сечения в мм ;

Wp-полярный момент сопротивления сечения вала.

Для круглого сечения диаметром d: W=0,1d ; Wp=0,2d .

Для полого сечения с полостью диаметром d0:

W=0,1d (1- ); Wp=0,2d (1- ).

Для сечения вала со шпоночным пазом:

W=0,1d - ; Wp=0,2d - .

Для шлицевого вала :

W= ; Wp= ,

где d - диаметр вала, мм; b - ширина (шлица) паза, мм; t - глубина паза на валу, мм; z - число шлицев.

2.3. Проверочный расчет на выносливость.

Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали. Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин-легированные стали 40ХН, 20X, 12XH3A.

Расчет на выносливость является основным проверочным расчетом валов. Уточненный расчет на сопротивление усталости отражает влияние разновидности цикла напряжений, статических и усталостных характеристик материалов, размеров, формы и состояния поверхности. Расчет производят в форме проверки коэффициента запаса прочности. Для каждого из установленных предположительно опасных сечений определяют расчетный коэффициент запаса прочности S и сравнивают его с допускаемым значением [S], который обычно принимают 1,5...2,5.

S= [S],

где S и S -коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям, определяемые по зависимостям:

S = ; S = .

В этих формулах:

  • и t -пределы выносливости соответственно при изгибе и кручении, МПа; определяют по табл. 2.1 или приближенным формулам в зависимости от материала: (0,4...0,5) ; (0,2...0,3) , где предел прочности материала вала;

Таблица 2.1

Механические характеристики сталей

Диаметр

Твердость

Механические характеристики,

Марка

заготовки,

НВ,

Н/мм

стали

мм, не более

не ниже

Ст.5

45

40X

40XH

20X

12XH3A

18XГТ

любой

120

80

200

120

200

120

120

60

190

240

270

240

270

270

197

260

330

520

800

900

800

900

920

650

950

1150

280

550

650

650

750

750

400

700

950

220

350

380

360

410

420

300

420

520

130

210

230

210

240

250

160

210

280

  • а и а-амплитуды напряжений цикла;

  • m и m-средние напряжения цикла; при постоянном вращении вала или редком реверсировании принимают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу: а=и и m=0, а касательные напряжения по отнулевому циклу: а=m=0,5k; при частом реверсировании вала принимают, что напряжение на кручение изменяется по симметричному циклу и в соответствии с этим среднее напряжение цикла при кручении m=0, а амплитуда цикла при кручении а=к;

  •  и -коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости; обычно принимают: =0,05; =0-углеродистые мягкие стали; =0,1; =0,05-среднеуглеродистые стали; =0,15; =0,1-легированные стали;

  • k и k-эффективные коэффициенты концентрации напряжений соответственно при изгибе и кручении; числовые значения коэффициентов приведены в таблицах:

  1. в ступенчатом переходе с галтелью (рис. 2.2) и (табл. 2.2);

  1. в месте шпоночного паза (табл. 2.3):

a) t б) t в) t

r r r

d d d

Рис. 2.2

Таблица 2.2