РАСЧЕТ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

Ход урока.

1.При помощи учебника самостоятельно законспектировать тему.

2. При конспектировании можно использовать литературу - О.А.Ряховский, А.В.Клыпин « Детали машин » .

Тема урока. Валы и оси, муфты.

Назначение

Валы- детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин. Вал воспринимает силы, действующие на детали, и передает их на опоры. При работе вал испытывает изгиб и кручение.

Осипредназначены для поддержания вращающихся деталей, полезного крутящего момента не передают. Оси не испытывают кручения. Оси могут быть неподвижные и вращающиеся.

Классификация валов

По назначению:

а) валы передач, несущие детали передач - муфты, зубчатые колеса, шкивы, звездочки;

б) коренные валы машин;

в) другие специальные валы, несущие рабочие органы машин или орудий - колеса или диски турбин, кривошипы, инструменты и т.д.

По конструкции и форме:

а) прямые;

б) коленчатые;

в) гибкие.

Прямые валы делятся на:

а) гладкие цилиндрические;

б) ступенчатые;

в) валы – шестерни, валы – червяки;

г) фланцевые;

д) карданные.

По форме поперечного сечения:

а) гладкие сплошного сечения;

б) пустотелые (для размещения соосного вала, деталей управления, подачи масла, охлаждения);

в) шлицевые.

Оси разделяют на вращающиеся, обеспечивающие лучшую работу подшипников, и неподвижные, требующие встройки подшипников во вращающиеся детали,

Конструктивные элементы валов и осей

Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная – шейкой.

Кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечиком.

Для уменьшения концентрации и повышения прочности, переходы в местах изменения диаметра вала или оси делают плавными. Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью. Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Переменность радиуса кривизны галтели повышает несущую способность вала на 10%. Галтели с подвнутрением увеличивают длину базирования ступиц.

Повышение прочности валов в переходных сечениях достигается также удалением малонапряженного материала: выполнением разгрузочных канавок и высверливанием отверстий в ступенях большого диаметра. Эти мероприятия обеспечивают более равномерное распределение напряжений и снижают концентрацию напряжений

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки и технологией изготовления. Переходные участки валов между ступенями разных диаметров нередко выполняют с полукруглой канавкой для выхода шлифовального круга.

Посадочные концы валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах приборах стандартизованы. ГОСТ устанавливает номинальные размеры цилиндрических валов двух исполнений (длинные и короткие) диаметров от 0,8 до 630 мм, а также рекомендуемые размеры концов валов с резьбой. ГОСТ устанавливает основные размеры конических концов валов с конусностью 1:10 также двух исполнений (длинные и короткие) и двух типов (с наружной и внутренней резьбой) диаметров от 3 до 630 мм.

'Горцы валов для облегчения насадки деталей, во избежание обмятий и повреждения рук рабочих выполняют с фасками.

Материалы и термообработка

Выбор материала и термической обработки валов и осей определяется критериями их работоспособности.

Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали благодаря высоким механическим характеристикам, способности к упрочнению и легкости получения цилиндрических заготовок прокаткой.

Для большинства валов применяют среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют, легированные стали 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ, 30ХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском.

Для изготовления фасонных валов - коленчатых, с большими фланцами и отверстиями - и тяжелых валов наряду со сталью применяют высокопрочные чугуны (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны.

Расчет валов и осей

Валы испытывают действие напряжений изгиба и кручения, оси - только изгиба.

В процессе работы валы испытывают значительные нагрузки, поэтому для определения оптимальных геометрических размеров необходимо выполнить комплекс расчетов, включающий в себя определение:

- статической прочности;

усталостной прочности;
жесткости при изгибе и кручении.

При высоких скоростях вращения необходимо определять частоты собственных колебаний вала для того, чтобы предотвратить попадание в резонансные зоны. Длинные валы проверяют на устойчивость.

Расчет валов производится в несколько этапов.

Для выполнения расчета вала необходимо знать его конструкцию (места приложения нагрузки, расположение опор и т.п.) В то же время разработка конструкции вала невозможна без хотя бы приближенной оценки его диаметра. На практике обычно используют следующий порядок расчета вала:

1. Предварительно оценивают средний диаметр из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, т.к. неизвестны расположение опор и места приложения нагрузок).

Напряжение кручения

Где Wp- момент сопротивления сечения, мм.

Предварительно оценить диаметр вала можно также ориентируясь на диаметр того вала, с которым он соединяется,(валы передают одинаковый момент Т). Например, если вал соединяется с валом электродвигателя (или другой машины) то диаметр его входного конца можно принять равным или близким к диаметру выходного конца вала электродвигателя.

2.Основной расчет вала.

П осле оценки диаметра вала разрабатывают его конструкцию. Длину участков вала, а, следовательно, плечо приложения силы возьмем из компоновки. Предположим, что нам нужно рассчитать диаметр вала, на котором сидит косозубая шестерня. Вычертим схему нагружений вала. Для этого вала, учитывая наклон зубьев шестерни и направление момента Т, левую опору заменяем шарнирно-неподвижной, а правую - шарнирно-под-вижной. Расчетные нагрузки рассматривают обычно как сосредоточенные, хотя действительные нагрузки не являются сосредоточенными, они распределены по длине ступицы, ширине подшипника. В нашем примере вал нагружен силами Ft, Fa. Fr, действующими в полюсе зацепления и крутящим моментом Т. Осевая сила Fa дает в вертикальной плоскости момент

Основной расчет валов и осей заключается в построении эпюр изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, построении эпюры результирующих моментов, эпюры крутящих моментов, эпюры эквивалентных моментов, определении опасных сечений.

3 этап расчета - проверочный расчет заключается в определении коэффициента запаса прочности в опасных сечениях

- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям

пределы выносливости материалов.

- эффективные коэффициенты концентрации напряжений.

- масштабный фактор (зависит от диаметра вала).

- коэффициент упрочнения.

- коэффициенты чувствительности материала, зависят от механических характеристик.

- переменные составляющие напряжений.

- постоянные составляющие напряжений.

Расчет на жесткость

Прогиб осей и валов отрицательно влияет на работу подшипников и зацепления зуб- чатых передач. Жесткость характеризуется максимальным углом поворота оси или вала

и прогибом Необходимая жесткость обеспечивается, если действительные значения и не превышают допустимых . При больших углах поворота в подшипниках скольжения защемляется вал (особенно при большой длине подшипника и цапфы), а у подшипников качения может разрушиться сепаратор. Большие прогибы ухудшают условия работы зубчатых передач (особенно при несимметричном расположении шестерни).

Допустимые значения углов поворота под шестерней [ ]<0,001рад,(0.057"), в подшипнике скольжения те же самые значения, в радиальном шарикоподшипнике [0.01рад. (0,57), в сферическом шарикоподшипнике

Допустимые значения прогибов: максимальный под шестерней цилиндрической передачи под шестерней конической, гипоидной и глобоидной передач ( - расстояние между опорами, m - модуль зубьев).

3. После конспектирования темы ответить на контрольные вопросы и записать в тетради :

- назначение валов, осей, муфт.

- конструкция валов , осей, муфт по назначению и форме.

- Конструктивные элементы валов и осей.

- Материалы и термообработка.

- Расчет валов и осей.

Группа № 12. Тракторист – машинист сельскохозяйственного производства.

Дата выдачи задания – 18.03.2020 года.

Тема урока: Валы, оси, муфты. ( практическое задание).

Метод проведения урока: Лабораторная работа № 5. Расчет валов и осей на статическую прочность.

Время проведения: 1 час.

Ход урока.

1.При помощи учебника самостоятельно законспектировать тему.

2. При конспектировании можно использовать литературу - О.А.Ряховский, А.В.Клыпин « Детали машин » .

Тема урока. Валы и оси, муфты.

1.С помощью учебника составить конспект по теме: Валы, оси, муфты.

2. Внимательно прочитайте задания.

3. При проведении практического задания можно использовать инструкционно – технологическую карту ( задание) .

4. При конспектировании можно использовать литературу - О.А.Ряховский, А.В.Клыпин « Детали машин » .

Ход урока

РАСЧЕТ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

2.1. Статическую прочность рассчитывают по максимальным внешним нагрузкам, действующим на вал или ось - крутящему моменту (в случае вала), сосредоточенным и распределенным силам, изгибающим моментам (в случае вала и оси).

2.2. Максимальный момент за срок службы определяют с учетом специфики машины (по моменту опрокидывания электродвигателя, по предельному моменту при наличии предохранительных элементов, с учетом инерционных моментов при внезапном торможении без предохранительных элементов и т.п.).

Для выявления максимального за срок службы крутящего и изгибающего моментов следует выполнить анализ режимов работы машины, узла или детали, режимов нагружения сечений вала или оси и выбрать расчетные режимы и расчетные сечения.

2.3. Опорные реакции определяют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях отдельно от сил, меняющих , и не меняющих , положение относительно вала, с учетом всех сил и моментов, действующих на вал.

2.4. Определяют максимальные осевые силы растяжения (сжатия), действующие в рассматриваемых поперечных сечениях вала, соответствующие .

2.5. Определение изгибающих и крутящих моментов и построение эпюр

2.5.1. Определяют составляющие изгибающих моментов отдельно от сил, меняющих , и не меняющих положение относительно вала, в плоскостях и для сечений, в которых приложены сосредоточенные силы (внешние силы и опорные реакции) и в местах изменений сечений вала, а также суммарный момент от сил, не меняющих положение относительно вала (ось совпадает с осью вала или оси, оси и лежат в плоскости, перпендикулярной к оси вала).

2.5.2. Определяются изгибающие моменты и справа и слева от сечения в местах приложения осевых сил, смещенных относительно оси вала.

2.5.3. Суммарные изгибающие моменты от сил, меняющих положение относительно вала, определяют по формуле

где - индекс сечения.

2.5.4. Максимальные изгибающие моменты определяют по формуле

2.5.5. Строятся эпюры изгибающих моментов и раздельно для сил, меняющих и не меняющих положение относительно вала.

2.5.6. Строятся эпюры результирующих изгибающих моментов путем арифметического суммирования ординат эпюр для сил, меняющих и не меняющих положение относительно вала.

2.5.7. Строится эпюра крутящего момента .

2.5.7.1. В шпоночном соединении за точку приложения силы, создающей крутящий момент, принимается середина минимальной длины площадки контакта шпонки с сопрягаемыми деталями.

2.5.7.2. В шлицевом соединении за точку приложения крутящего момента принимается середина длины площади контакта сопрягаемых деталей. Если длина контакта больше диаметра впадин шлицев, то эпюра крутящего момента принимается по закону треугольника с вершиной у края шлицев.

2.6. Геометрические характеристики поперечного сечения:

момент сопротивления при изгибе ,

момент сопротивления при кручении ,

площадь поперечного сечения - вычисляются по нетто-сечению по формулам:

для валов с одной шпоночной канавкой

; ; ; (1)

для валов с двумя противоположными шпоночными канавками

; ; ;

для валов с прямобочными шлицами

;

; . (2)

Для валов с эвольвентными шлицами и для вала-шестерни в сечении по зубьям геометрические характеристики поперечного сечения даны в табл.1 и 2 приложения 4.

Для валов с треугольными шлицами ;

; . (3)

Здесь - ширина шпонки или шлица;

- число шлиц;

- высота шпонки;

, - наружный и внутренний диаметры шлицевого вала;

- диаметр вала со шпоночным пазом.

Для валов диаметром с поперечным отверстием диаметром

; ; . (4)

2.7. Нормальное и касательное напряжения в рассматриваемом сечении вала определяют по формулам

; (5)

. (6)

2.8. Частные запасы прочности по нормальным и касательным напряжениям определяют по формулам

; . (7)

Пределы текучести материала и определяются на стандартных образцах, вырезанных из заготовок такого же диаметра, что и у рассчитываемого вала или оси. Если предел текучести определяется на образцах, вырезанных из прутков диаметром 10-20 мм (обозначенный ), то расчетный предел текучести для материала вала или оси диаметром находится по формуле

, (8)

где для легированных сталей

для мм; (9)

для мм;

1 для углеродистых сталей.

2.9. Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений определяется по формуле

. (10)

Данная формула соответствует расчету по гипотезе прочности максимальных касательных напряжений.

2.10. Статическая прочность считается обеспеченной, если

где - минимально допустимое значение общего коэффициента запаса по пределу текучести.

Значение принимается в диапазоне 1,3-2,0 в зависимости от ответственности конструкции и последствий разрушения вала, от принятой точности определения нагрузок и напряжений, от уровня технологии изготовления и контроля, от однородности и стабильности свойств материала и от других факторов. Нормативное значение устанавливается на основе опыта расчетов и наблюдений за поведением машины в эксплуатации с учетом отмеченных факторов в нормативных документах отрасли или предприятия применительно к определенным типам машин и деталей.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 91; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!