Слайд 1ЛЕКЦИЯ 5
Валы и оси.
Основные типы
конструкций, материалы.
Расчеты на прочность и жесткость. Муфты. Назначение и
разновидности. Подбор муфт.
Вал — деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нём деталей и опор.
Ось - деталь машины, предназначенная для соединения и закрепления деталей между собой.
Оси бывают вращающиеся и неподвижные.
В отличие от вала, ось не предназначена для передачи крутящего момента.
Слайд 4
а — вращающаяся ось б — неподвижная ось
Конструкции осей:
Слайд 5Классификация валов
По форме геометрической оси:
- прямые;
- эксцентриковые (кривошипные);
- гибкие.
По
форме:
- гладкие;
- ступенчатые;
- полые.
По конструктивным признакам:
- карданные.
Слайд 14Вал 1 имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой.
Концевые цапфы именуют шипами 3, а промежуточные — шейками 4.
Прямой вал: 1 — вал; 2 — опоры
вала; 3 — цапфы;
4 — шейка
Конструктивные элементы валов и осей
Слайд 15 1 — пята; 2 — подпятник
Цапфы:
цилиндрические - а; конические – б; шаровые – в
Опора вертикального вала:
Слайд 16а — канавка; б — галтель; в — галтель переменного радиуса;
г — фаска
Конструктивные разновидности переходных
участков вала:
Слайд 17Кольцевое утолщения вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком
Слайд 18Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора
насаживаемых на вал деталей, называется заплечником
Слайд 19 Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего
сечения к большему называют галтелью.
Галтель
вала, углубленную за плоскую часть заплечника, называют поднутрением. Галтели способствуют снижению концентрации напряжений.
Слайд 20 Материалы валов и осей должны быть
прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Основными материалами
для валов служат углеродистые и легированные стали. Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряжённых валов ответственных машин применяют легированные стали 40ХН, 20Х, 12ХНЗА. Для осей обычно применяют сталь углеродистую обыкновенного качества. Заготовки валов и осей – это круглый прокат или специальные поковки.
Слайд 21 Вал нагружен крутящим и изгибающим моментами и поперечной
силой. Действует еще и продольная сила, но в большинстве случаев
ее величина мала в сравнении с остальной нагрузкой и на прочность вала большого влияния не оказывает.
Изгибающий момент обычно максимальный в зоне меньшего зубчатого колеса, где действует максимальная сила.
Осевые силы обычно присутствуют в косозубых цилиндрических зубчатых передачах, конических зубчатых передачах (пересекающиеся валы) и червячных передачах (непересекающиеся валы).
Слайд 22 Валы и вращающиеся оси при работе
испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основным критерием их работоспособности являются сопротивление
усталости и жесткость.
Сопротивление усталости оценивается коэффициентом запаса прочности, а жесткость – прогибом в местах посадки деталей и углами закручивания сечений.
Практикой установлено, что основной вид разрушения валов и осей быстроходных машин носит усталостный характер. Расчетными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты.
Слайд 23Расчёт валов
Основным критерием работоспособности валов
и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Расчёт валов
выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).
Проектировочный расчёт вала выполняют как условный расчёт только на кручение для ориентировочного определения посадочных диаметров. Исходя из условия прочности на кручение
МПа
Слайд 24
Проверочный расчет для валов - расчёт на
сопротивление усталости - является основным расчётом на прочность. Основными нагрузками
на валы являются силы от передач через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колёса, звёздочки, шкивы.
Проверочный расчет вала производится с применением гипотез прочности. Условие прочности в этом случае имеет вид:
Слайд 25где Мэкв — так называемый эквивалентный момент.
При гипотезе наибольших касательных напряжений
(третья гипотеза)
При гипотезе потенциальной энергии формоизменения (пятая гипотеза)
Слайд 26где в обеих формулах Мк и М„ — соответственно крутящий и
суммарный изгибающий моменты в рассматриваемом сечении вала. Числовое значение суммарного
изгибающего момента равно геометрической сумме изгибающих моментов, возникающих в данном сечении от вертикально и горизонтально действующих внешних сил, т. е.
Слайд 27 Расчет осей
При проектировочном
расчёте оси ее рассматривают как балку, свободно лежащую на опорах и
нагруженную сосредоточенными словами, вызывающими изгиб. Устанавливают опасное сечение, для которого требуемый диаметр оси определяют из условия прочности на изгиб
откуда
где Ми – максимальный изгибающий момент, Н*м;
Слайд 28Оси изготовляемые из среднеуглеродистых сталей
Во вращающихся осях
Проверочный
расчёт осей - частный случай расчёта валов при крутящем моменте Мк =
0.
- допускаемое напряжение изгиба, МПа
Слайд 29Алгоритм проверочного расчета вала
1. Привести действующие на вал нагрузки к
его оси, освободить вал от опор, заменив их действие реакциями
в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
2. По заданной мощности Р и угловой скорости ? определить вращающие моменты, действующие на вал.
3. Вычислить нагрузки F1, Fr1, F2, Fr2, приложенные к валу.
Слайд 30
4. Составить уравнения равновесия всех сил, действующих на вал, отдельно
в вертикальной плоскости и отдельно в горизонтальной плоскости и определить
реакции опор в обеих плоскостях
5. Построить эпюру крутящих моментов.
6. Построить эпюры изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях (эпюры Mx и Мy).
Слайд 317. Определить наибольшее значение эквивалентного момента:
Слайд 328. Положив
экв =
определить требуемый осевой момент сопротивления:
определяем d по следующей формуле:
Wx
= Мэкв/
Учитывая, что для сплошного круглого сечения
Слайд 33 а — схема нагружения;
б — эпюра изгибающего момента в вертикальной плоскости; в — эпюра изгибающего момента
в горизонтальной плоскости;
г —эпюра крутящего момента;
д — эскиз вала
Расчетная схема вала
Слайд 35 Прогиб δ пропорционален приложенной силе F и длине
вала в кубе L3 и обратно пропорционален диаметру в
кубе d3.