Расчет и проектирование валов
Валы в редукторе, как и в любом другом механизме или машине, принадлежат к числу наиболее ответственных деталей, выход из строя которых обычно представляет собой угрозу для всего привода.
Валы – это вращающиеся детали, предназначенные для передачи крутящих моментов вдоль своих геометрических осей, поддержания деталей (зубчатых колес, шкивов, звездочек, полумуфт, барабанов) и рабочих органов (пил, фрез, сверл, шлифовальных кругов и др.).
В процессе работы валы испытывают деформацию изгиба и кручения, а в некоторых случаях – растяжение или сжатие (вертикальные валы). Валы, не предназначенные для поддержания деталей, работают только на кручение (например, карданные, телескопические).
По конструктивным признакам валы могут быть гладкими, ступенчатыми, а также в виде вала-шестерни и вала-червяка. По типу сечения валы могут быть сплошными (чаще всего круглыми), полыми и комбинированными.
Для расчета валов необходимо знать размеры их участков по длине, действующие силы и крутящие моменты, допускаемые напряжения материала. Длины участков устанавливают на первом этапе эскизного проектирования редуктора. Усилия определяют на стадии расчета передач. Материал и допускаемые напряжения принимают по справочным таблицам.
Расчет и конструирование вала является началом второго этапа эскизного проектирования редуктора. Сначала выполняют предварительный расчет валов, затем их конструкторскую разработку, после этого – выполняют проверочный расчет.
|
|
|
Критерии работоспособности и расчета валов
Основными критериями работоспособности валов являются их прочность и жесткость.
Под прочностью валов понимают их способность сопротивляться действию постоянных или переменных по величине и направлению нагрузок без разрушения. Прочность валов может оцениваться различными способами:
– сравнением фактических напряжений σЭКВ с допускаемыми [σ], σЭКВ 
[σ];
– сравнением фактического запаса прочности n с допускаемым [n], n 
[n];
– по вероятности неразрушения Р, %
Для их реализации необходимо определить наибольшее напряжение в опасной точке детали, при этом нужно знать предельное напряжение для материала детали.
В предварительном расчете, связанном с определением размеров наиболее напряженных сечений, сопоставляют наибольшее напряжение с допускаемым. По результатам этих расчетов конструируют деталь и уже после этого проверяют запас прочности с учетом геометрии детали (концентраторов напряжений), материала и технологии ее изготовления.
Валы и оси, рассчитанные по критерию прочности, не всегда обеспечивают нормальную работу машин из-за недостаточной жесткости деталей.
|
|
|
Жесткость валов – это способность сопротивляться образованию деформации без разрушения. При действии нагрузок в валах и осях появляются деформации изгиба (прогибы, углы поворота сечений). В валах кроме этих деформаций появляется угол закручивания от крутящего момента.
Сконструированный по результатам расчета вал проверяют на жесткость по линейным деформациям при изгибе y 
[y], по угловым деформациям при изгибе 
[ 
] и кручении φ 
[φ].
Расчетные значения деформаций (перемещений) определяют методами сопротивления материалов, а допускаемые значения приняты на основе опыта проектирования и эксплуатации подобных деталей и содержатся в справочной литературе.
Большие перемещения сечений валов при изгибе могут вызвать заклинивание подшипников. Изгибная и крутильная жесткость валов существенно влияют на частотные характеристики при появлении изгибных и крутильных колебаний. При возникновении колебаний напряжения в валах существенно возрастают и будут определяться не внешней нагрузкой, а силами инерции колеблющихся масс. Большую опасность для конструкции будет представлять резонанс напряжений и перемещений. Избежать наступления резонанса можно путем изменения частоты собственных колебаний (реже за счет изменения часто-ты вынужденных колебаний).
|
|
|
Одна из основных задач расчета вала на колебания (вибрацию) состоит в определении частоты собственных колебаний и установлении допустимого диапазона частоты его вращения в рабочих режимах. Устойчивая работа вала обеспечивается, если в докритической области частот n 
0,7nКР, и n 
1,3nКР – в закритической области.
Материалы для валов
Для изготовления валов используют углеродистые стали марок 20, 30, 40, 45, 50, легированные стали марок 20Х, 40Х, 40ХН, 12Х2Н4А, 40ХН2МА и др., высокопрочные модифицированные чугуны, титановые сплавы ВТЗ-1, ВТ-6, ВТ-9. Характеристики некоторых материалов приведены в приложении 1П.
Выбор материала, термической и термохимической обработки определяется конструкцией вала и опор, условиями эксплуатации. Так, например, быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому такие валы изготавливают из цементируемых сталей 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей 38Х2МЮА и др. Валы-шестерни по этой причине изготавливают из цементируемых сталей 12ХН3А, 12Х2Н4А и др. Валы под насадные зубчатые колеса в редукторах выполняют из улучшенной стали 45 (255–285НВ) и стали 40Х (269–302НВ). Участки валов, контактирующие с уплотнительными манжетами, должны иметь твердость поверхности не менее 30HRC. Длинные полые валы иногда изготавливают (намоткой) из композиционных материалов. Для ответственных тяжело нагруженных валов применяют легированные стали 40ХНМА, 25ХГТ и др. Для неответственных малонагруженных валов используют углеродистые стали без термообработки. В приборостроении применяют сплавы цветных металлов.
|
|
|
Валы без термообработки изготавливают из сталей 35, 40, ст 5, ст 6, 40Х, 40ХН, 30ХН3А, с термообработкой – из сталей 45, 50.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 756; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!