Проектный расчет валов 1 Проектный расчет валов

Проектный расчет валов 1

Проектный расчет валов • На начальной стадии проектирования расположение плоскостей действия нагрузок неизвестно, поскольку неизвестны осевые размеры ступиц зубчатых колес, шкивов, звездочек, муфт, подшипников, уплотняющих устройств, зависящие от диаметра. Известен только крутящий момент. Поэтому на этой стадии проектирования производится предварительный расчет диаметра исходя из условия прочности только на кручение по пониженному допускаемому напряжению с тем, чтобы несколько компенсировать влияние изгибных напряжений, переменность режима нагружения и концентрацию напряжений. 2

Проектный расчет валов • Как правило, определяются диаметры выходных концов вала т. е. участков вала, передающих преимущественно крутящие моменты, по уравнению • где d, мм, Т, Η · м; [τ], ΜПа Для выходных концов валов, изготовленных из сталей Ст5 ··· 45, [τ] = 20. . . 25 МПа, для промежуточных валов под зубчат· колесами [τ] = 10. . 20 МПа, причем для быстроходных валов значения [τ] понижают. 3

Проектный расчет валов • Диаметры входного и выходного концов валов необходимо согласовывать с посадочными диаметрами муфт и электродвигателей или с ГОСТ 12081 72 и ГОСТ 12080 66 на конические и цилиндрические концы валов. При соединении стандартной муфтой вала двигателя с концом быстроходного вала редуктора рекомендуется принимать диаметр последнего не менее 0, 8 диаметра вала двигателя. 4

Проектный расчет валов • Затем определяются осевые размеры посаженных на вал деталей. Для вычисления реакций опор, изгибающих и эквивалентных моментов строится расчетная схема, при этом вал рассматривается как балка, шарнирно закрепленная на двух опорах. Поскольку к осевые деформации валов незначительны, при возможности некоторого поворота или перемещения цапфы опору можно считать шарнирно неподвижной или шарнирно подвижной. Подшипники, одновременно воспринимающие осевые и радиальные нагрузки, рассматриваются как шарнирно неподвижные опоры, а подшипники, воспринимающие только радиальные силы, как шарнирно подвижные (рис. 15. 2, б). 5

Проектный расчет валов 6

Проектный расчет валов 7

Проектный расчет валов 8

Проектный расчет валов • Распределенные нагрузки, действующие в зубчатых зацеплении, шлицевых соединениях, цепных, ременных и других передачах, заменяются сосредоточенной силой. На рис. 15. 3 показан пример расположения сил в зубчатом зацеплении. • В общем случае на валы приводов действуют крутящие моменты, консольные нагрузки и силы в зубчатых, червячных зацепле ниях, ременных, цепных и других передачах. • Передаваемый крутящий момент обычно задается или определяется по мощности на рассчитываемом валу и его частоте вращения по уравнению Т = 9, 55 106, где Т, Η · мм; Р, к. Вт, п, мин 1 9

Проектный расчет валов • Значения радиальной консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала, для различных типов стандартных редукторов приведены в ГОСТ 16162 85. Например, FM = 125 для входного и выходного концов одноступенчатых редукторов; FM = 250 для выходных валов многоступенчатых редукторов, где F, Η; Τ, Η · м. Неточности изготовления и сборки большинства муфт вызывают дополнительную консольную нагрузку FM. 10

Проектный расчет валов • Приблизительно можно принимать для втулочно пальцевой муфты FM = (0, 4. . . 0, 7) Ft. M , где Ft. M = Т/Dc - окружная сила на муфте; Т крутящий момент; Dc - диаметр расположения центров пальцев; для зубчатой муфты FM = (0, 15. . . 0, 2)Ft. M, где Ft. M = 2 T/d = 2 T/(m z); т, z - модуль и число зубьев зубчатых венцов. Ввиду неопреде ленности направления FM должна быть приложена на консоли так, чтобы в совокупности с другими нагрузками получался наиболее неблагоприятный вариант нагружения. 11

Проектный расчет валов • После определения нагрузок и расстояний между плоскостями их действия разрабатывается расчетная схема, пример которой (оказан на рис. 15. 4. Все силы, действующие на вал, и изгибающие моменты приведены к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (условно горизонтальной и вертикальной). По расчетной схеме определяются реакции опор • суммарные изгибающие моменты • а также эквивалентные моменты , 12

Проектный расчет валов • По наибольшему эквивалентному моменту, исходя из условия Статической прочности с учетом нормальных и касательных напряжений, можно определить диаметр вала: • Примерное значение [σ]И = 50. . . 60 МПа. 13

Проектный расчет валов • Этот вид расчета трудоемок и не дает точных результатов. • Поэтому в простейших случаях, например при расчете валов редукторов, можно ограничиться предварительным расчетом по крутящему моменту. Размеры вала в других сечениях назначаются из конструктивных соображений, например для свободного прохождения деталей на место посадки. Далее выполняется чертеж вала с изображением всех конструктивных элементов, вызывающих концентрацию напряжений. 14

Проектный расчет валов • Современный уровень стандартизации позволяет выполнить конструкции валов, используя почти исключительно стандартные элементы. После определения диаметров вала по крутящему или эквивалентному моменту и разработки чертежа вала выполняются проверочные расчеты на сопротивление усталости, статическую прочность и жесткость. 15