4. Оси и валы
4.1. Назначение, конструкция и материалы
Валом называется деталь, предназначенная для поддержания вращающихся частей машины и передающая крутящий момент. В отличие от вала ось предназначена только для поддержания вращающихся частей, и в передаче энергии непосредственно не участвует. Поэтому валы под действием нагрузок испытывают деформацию изгиба и кручения, а оси – только деформацию изгиба.
По конструкции оси и валы разделяют на гладкие, ступенчатые и фасонные (например, коленчатые), а также на сплошные и полые. Для большинства валов применяют термически обработанные стали 45, 45Х, а для высоконагруженных – легированные стали, при этом их подвергают улучшению или поверхностной закалке ТВЧ.
Предварительный расчет вала выполняется как проектный только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.
,
где Т – крутящий момент на валу, Н∙мм;
d – диаметр вала, мм;
[τк ] – допускаемое напряжение на кручение для валов из сталей 40, 45 принимают 15…20 МПа (Н/мм2). Полученный результат округляют до ближайшего большего из стандартного ряда [3, с.161].
Для удобства соединения вала редуктора с валом двигателя диаметры соединяемых концов валов не должны отличаться более чем на 20%.
Более технологичны в изготовлении гладкие валы, нежели ступенчатые, но с целью осевой фиксации насаживаемых деталей валы часто изготавливают ступенчатыми. Ступенчатая форма вала к тому же обеспечивает форму, близкую к форме балки равного сопротивления изгибу, (балка, у которой напряжения от изгиба во всех поперечных сечениях одинаковы).
Тихоходные валы (выходные), на которых насажено колесо и подшипники, обычно конструируют гладкими. Осевую фиксацию деталей осуществляют при помощи посадок с натягом (а промежуточные участки – с зазором), либо используют дистанционные втулки или кольца между зубчатым колесом и подшипниками; или же стопорные разрезные кольца, устанавливаемые после посадки колеса на вал [5, с….?].
Быстроходные (входные валы) выполняются обычно в виде валов-шестерен, как правило, они выполняются ступенчатыми. При этом надо стремиться к наименьшему числу ступеней вала.
Оси и валы опираются на неподвижные опорные части – подшипники и подпятники. Участки валов, непосредственно соприкасающиеся с опорами, называются цапфами. Концевые цапфы называют шипами (отсюда – подшипник), промежуточные – шейками вала. Торцевые участки валов, упирающиеся в неподвижную опору, называют пятами (подпятник – устройство для восприятия осевой нагрузки от пяты).
Промежуточные уступы вала называют заплечиками. Разница между диаметрами соседних цилиндрических участков вала (т.е. минимальная величина заплечиков) должна быть равна (D – d) / 2 = 2…3 мм.
Контакт соседних с подшипником деталей должен осуществляться только по торцам подшипниковых колец и на высоте h, не превышающей толщины кольца подшипника H.
4.2. Уточненный расчет валов и осей
Наметив конструкцию вала, установив расстояния между серединами опор, длины участков и т.д., выполняют уточненный проверочный расчет вала, который заключается в определении коэффициента запаса прочности s в опасных сечениях. Опасные сечения – это участки, ослабленные шпоночными канавками, проточками; места переходов с одного диаметра на другой. Коэффициент запаса определяют по формуле
.
Sϭ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
Sτ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.
Значения коэффициентов Sϭ и Sτ определяются в зависимости от конструкции вала, коэффициентов концентрации напряжений, материала, пределов выносливости, амплитуды цикла напряжений, и т.д. [3, с 162-164].
Расчетное значение должно быть не ниже допускаемого [s] = 2,5. При выполнении специального расчета вала на жесткость значение [s] может быть снижено до 1,7.
УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ _ НА ПРАКТ, ЗАНЯТИЯХ _ В МЕТОДИЧКЕ «КОНСТРУИРОВАНИЕ,,,»