Проверочный расчет валов

 

Существуют следующие виды проверочных расчетов:

1. Расчет на усталостную прочность (выносливость) – заключается в определении коэффициентов запаса усталостной прочности вала.

2. Расчет на статическую прочность при действии пиковой нагрузки – учитываются возможные кратковременные перегрузки (например, в момент пуска двигателя).

3. Расчет на изгибную и крутящую жесткость – производится из условия допустимых прогибов и углов поворота.

4. Расчет на колебания – проверка отсутствия резонансных режимов, а в случае возникновения резонансных режимов – соблюдение условия прочности.

Расчёт валов и осей на усталостную прочность

 

При проверочном расчете учитываются все факторы, влияющие на усталостную прочность – это размеры вала, его обработка, концентраторы напряжений и.т.д.

 

Последовательность расчёта:

1. Составляется расчётная схема:

- вал изображают схематично с указанием длин участков (границами участков являются места приложения внешних нагрузок и места расположения опор);

- указывают направления действия реакций в опорах (подшипниках);

 

 

 

Расчетная схема вала с эпюрами внутренних силовых факторов

 

2. Определяются усилия, действующие во всех сечениях вала.

 

3. Строятся эпюры изгибающих и крутящих моментов.

 

4. По эпюрам определяются опасные сечения, для которых определяют коэффициенты запаса прочности по формуле:

- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям, зависящие от материала и конструктивных особенностей вала

 

- пределы выносливости материалов по нормальным и касательным напряжениям при симметричном цикле нагружений;

- соответственно, амплитудное и среднее значения нормальных напряжений;

При определении полагают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, тогда

- при симметричном цикле нагружения.

- амплитудное и среднее значения касательных напряжений (напряжений кручения).

При определении полагают, что касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу.

- коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений - определяются по справочнику в зависимости от вида концентратора напряжения.

 

 

Концентраторы напряжений:

 

ступень выточка шпоночный паз

 

- масштабные факторы, учитывающие отличие проверочного диаметра вала от размера образца, для которого получены .

- фактор шероховатости поверхности – зависит от качества обработки поверхности вала.

- коэффициенты, учитывающие чувствительность материала к асиметрии циклов нагружения - зависят от механических свойств материала.

Для среднеуглеродистых сталей ; .

 

Условие работоспособности вала (усталостной прочности):

 

S>[S]=1,5..2.

 

Если S<[S], – необходимо изменить размеры, материалы, термообработку.

 

Если S>10, - (материал недоиспользуется) надо уменьшить размеры или взять менее прочный материал.