Механические характеристики сталей
Министерство образования российской федерации
Тольяттинский государственный университет
Кафедра «Детали машин»
Конструирование и расчет валов
Методические указания по дисциплине
«Детали машин»
Тольятти, 2004
УДК 621.81
Конструирование и расчет валов: Метод. указания по дисциплине «Детали машин» / сост. А.Н. Пахоменко, Л.Р. Хамидуллова – Тольятти,: ТГУ, 2004, 74 с.
В пособии описаны основные конструктивные элементы валов и способы фиксации на них деталей. Рассмотрен алгоритм конструирования валов. Подробно разобрана методика расчета валов на прочность. Пособие может быть использовано студентами очной и заочной формы обучения для курсового проектироавния и преподавателями при подготовке к лекциям по данной теме.
Ил. 14 Табл. 16 Библиогр.: 5 назв.
Составители: А.Н. Пахоменко, Л.Р. Хамидуллова
Научный редактор:
ã Тольяттинский государственный университет, 2004
Содержание
Общие сведения.
Валыпредназначены для передачи вращающего момента вдоль своей оси, поддержания вращающихся деталей и восприятия действующих на них нагрузок.
По форме геометрической оси валы делят на прямые (рис. 1, а, б) и непрямые (рис. 1, в) – коленчатые служащие для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное или наоборот.
|
|
|
Большинство валов имеет неизменяемую геометрическую форму оси – это жесткие валы. Особую группу составляют гибкие валы, которые состоят из ряда последовательно навитых друг на друга слоев стальной или бронзовой углеродистой проволоки (рис. 1, г).
Прямые валы могут быть постоянного диаметра – гладкие (рис. 1, а) или ступенчатые (рис. 1, б).
 
а) б)
 
в) г)
|
| Рис. 1. Конструкции валов а) гладкий вал, б) ступенчатый вал, в) вал коленчатый, г) гибкий вал |
По форме поперечного сечения валы бывают сплошные и полые (с осевым отверстием). Полые валы применяют для уменьшения массы, а также при необходимости пропуска сквозь валы или размещения внутри них других деталей или материалов (масла, охлаждающих газов и жидкостей).
По внешнему очертанию поперечного сечения валы разделяют на круглые и профильные, а круглые в свою очередь – на шлицевые и шпоночные, имеющие на некоторой длине шлицевой профиль или профиль со шпоночным пазом.
| Валы также классифицируют по условным признакам (рис.2), например, по относительной скорости вращения в узле (в редукторе): быстроходный 1, среднескоростной 2, тихоходный 3, или по расположению в узле: входной 1 (ведущий), промежуточный 2, выходной 3 (ведомый).
| ||
| Рис. 2. Валы редуктора |
Опорными частями валов служат цапфы. Промежуточные цапфы называют шейками.
По условиям равнопрочности целесообразно конструировать валы, в продольном сечении приближающиеся к телам равного сопротивления изгибу, очерчиваемым кубической параболой. К форме тела равного сопротивления приближаются ступенчатые валы. Эта форма упрощает изготовление вала и установку на нем деталей.
Перепад диаметров ступеней определяется диаметрами посадочных поверхностей под ступицы деталей (принимают из ряда нормальных линейных размеров ГОСТи ) и под подшипники качения (принимают из стандартного ряда диаметров отверстий подшипников), а также достаточностью опорной поверхности торцов деталей для передачи осевых сил или базирования деталей.
Переходные участки валов между двумя ступенями разных диаметров выполняют: с галтелью постоянного радиуса, рис. 3, а (галтель – поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему); с галтелью переменного радиуса, рис.3, б; с канавкой для выхода шлифовального круга, рис. 3, в.
|
|
|
а) б) в)
|
| Рис.3. Переходные участки валов |
Переходные участкиявляются концентраторами напряжений. Эффективным средством для снижения концентрации напряжений в переходных участках является повышение их податливости (например, путем увеличения радиусов галтелей, выполнения разгрузочных канавок). Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей повышает несущую способность валов.
Современные валы проектируют с возможно меньшим числом ступеней, обеспечивая осевую фиксацию деталей на валу посадками с натягом.
Материалы валов
Выбор материала и термической обработки валов и осей обусловлен как их собственными критериями работоспособности, так и критериями работоспособности цапф с опорами, значение последних в случае опор скольжения может быть определяющим.
Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали (табл. 1) ввиду их прочности, высокого значения модуля упругости, способности к упрочнению и легкости получения требуемых цилиндрических заготовок путем прокатки.
|
|
|
Для валов и осей, подчиненных критерию жесткости и не подвергающихся термической обработке, преимущественно применяют стали марок Ст5 и Ст6.
Для большинства валов применяют термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали марок 45,40Х.
Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали марок 40ХН, 40ХН2МА, ЗОХГТ, ЗОХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском (шлицевые валы).
Для быстроходных валов, вращающихся в подшипниках скольжения, необходима высокая твердость цапф. Валы в этом случае изготовляют из цементуемых сталей марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ или азотируемых сталей марок 40ХН2МА, 38Х2МЮА. Наибольшую износостойкость имеют хромированные валы.
Для изготовления фасонных валов (коленчатых, с большими фланцами и отверстиями, других тяжелых валов) наряду со сталью применяют высокопрочные чугуны (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны, что объясняется пониженной чувствительностью чугуна к концентрации напряжений и повышенной демпфирующей способности.
В качестве заготовок для стальных валов диаметром до 150 мм используют круглый прокат, для валов большего диаметра и фасонных валов – поковки.
Валы подвергают токарной обработке; цапфы (опорные части валов) и посадочные поверхности шлифуют. Высоконапряженные валы шлифуют по всей поверхности.
Таблица 1
Механические характеристики сталей
| Марка стали | Диаметр заготовки, мм | Твердость НВ (не менее) | Механические характеристики, МПа | Коэффи- циент | ||||||||
| σв | σт | τт | σ-1 | τ-1 | ψτ | ψσ | ||||||
| Ст5 | Любой | 190 | 520 | 280 | 150 | 220 | 130 | 0,06 | 0 | |||
| 45 | ≤ 120 | 240 | 780 | 540 | 290 | 360 | 200 | 0,09 | 0,1 | |||
| ≤ 80 | 270 | 900 | 650 | 650 | 410 | 230 | 0,10 | 0,1 | ||||
| 40Х | ≤ 200 | 240 | 790 | 640 | 380 | 370 | 210 | 0,09 | 0,15 | |||
| ≤ 120 | 270 | 900 | 750 | 450 | 410 | 240 | 0,10 | 0,15 | ||||
| 40ХН | ≤ 200 | 270 | 920 | 750 | 450 | 420 | 230 | 0,10 | 0,15 | |||
| 20Х | ≤ 120 | 197 | 650 | 400 | 240 | 310 | 170 | 0,07 | 0,15 | |||
| I2XH3A | ≤ 120 | 260 | 950 | 700 | 490 | 430 | 240 | 0,10 | 0,15 | |||
| 18ХГТ | ≤ 60 | 330 | 1150 | 950 | 660 | 500 | 280 | 0,12 | 0,15
 Мы поможем в написании ваших работ! | |||