ГПОУ «Читинский техникум отраслевых технологий и бизнеса»
Лекция-презентация по технической механике (раздел детали машин)
«Валы и оси»
Разработал: Батуев Б.Н. - преподаватель
Чита - 2015
Валы и оси
- Вал- деталь (гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), для поддержания установленных на ней колес, и для передачи вращающего момента.
- Работает на изгиб и кручение , редко растяжение (сжатие).
1 — вал; 2 — опоры (подшипники); 3 — цапфы (шипы); 4 — шейка
Вал 1 имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемая опорой, называется цапфой. Концевые цапфы именуют шипами 3, а промежуточные — шейками 4
- Ось- только для поддержания установленных на ней деталей. Н е передает вращающего момента , работает на изгиб . Подвижные (вращаются вместе с сидящими на них деталями) и ли неподвижные .
Конструкции осей: а — вращающаяся; б — неподвижная ось
Вращаю-щаяся ось;
Неподвиж-ная ось
Классификация.
- 1)По назначению:
- -валы передач (устанавливают детали передач);
-
- -коренные валы (устанавливают дополнительно рабочие органы машины).
- 2) По форме: прямые; криво-шипные ; коленчатые; гибкие; телескопические; карданные . Кривошипные и коленчатые- для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневые двигатели) или наоборот (компрессоры);
- гибкие — для передачи вращающего момента между узлами машин, меняющими свое положение в работе (строительные механизмы, зубоврачебные машины и т. п.); телескопические— при осевом перемещении одного вала относительно другого.
3) По конструкции:
- гладкие;
- ступенчатые;
- валы-шестерни ;
- валы-червяки .
4) По типу сечения:
- сплошные ;
- полые ;
- комбинированные .
- Участки 1 осей и валов (рис.), которыми они опираются на подшипники при восприятии осевых нагрузок, называют пятами. Опоры для пят- подпятники 2. Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими, коническими или шаровыми.
Виды цапф: цилиндрическая; коническая;
шаровая.
Опора вертикально-го вала: 1 — пята; 2 — подпятник.
- Галтели- (переходы) между ступенями валов и осей- для ↓концентрации напряжений и ↑долго-вечности .
- Бывают: а) канавка со скруглением для выхода шлифовального круга; б) галтель постоянного радиу-са; в) галтель переменного радиуса.
- Фаски - слегка обтачивают торцы (рис. а,г).
- Материалы. У глеродистые, легиро-ванные стали, высокопрочный чугун , сплавы цветных Ме (в приборо-строении). Для малонагруженных- угле-родистые Ст без термообработки. Ответственные нагруженные валы- легированная 40ХНМА, 25ХГТ и др. Без термообработки- Ст35 и 40, Ст5, Ст6, 40Х, 40ХН, 3ОХНЗА, с термообработкой — Ст45, 50 и др.
- Колен.валы ДВС- ковкий или высоко-прочный чугун.
Критерии работоспособности и расчет
- Пос тоянные и переменные нагрузки. В зависимости от напряжений в валах и осях- два вида расчета на прочность: на статическую и усталостную.
- Основные силовые факторы: изгибающие М и и крутящие М к (только для валов) моменты. Влияние растягивающих и сжимающих сил незначительно, в расчетах не учитывается.
- Оценка прочности валов (осей): проверочный расчет по условиям прочности:
- где σ и , τ к — напряжения изгиба и кручения в опасном сечении;
- [ σ и] и [ τ к] — допускаемые напряжения.
- Спроектированные валы и оси с учетом обеспечения статической или усталостной прочности иногда выходят из строя вследствие недостаточной их жесткости или из-за вибрации. Кроме того, малая жесткость нарушает нормальную работу зубчатых передач и подшипников. В. и о. дополнительно рассчитывают на жесткость и колебания.
- Жесткость валов и осей оценивается величиной прогиба в местах установки деталей или углом закручивания сечений; колебания — критической угловой скоростью.
- Для расчета в. и о. на прочность и жесткость составляют расчетную схему. При расчете на изгиб вращающиеся валы и оси рассматривают как балки на шарнирных опорах. На расчетных схемах силы и вращающие моменты условно принимают как сосредоточенные.
- Влияние силы тяжести валов (и деталей), силы трения в опорах не учитывают.
- Этапы расчета валов и осей:
- 1) Расчет о. на статическую проч-ность;
- 2) Приближенный расчет в. на проч-ность;
- 3) Уточненный расчет в.(о.) на выно-сливость;
- 4)Расчет о. и в. на жесткость;
***
Приближенный расчет валов на прочность
- При этом методе расчета различие характера циклов изменения нормальных и касательных напряжений и их влияние на прочность не учитывают.
- В зависимости от действия нагрузок возможны два случая приближенного расчета валов на прочность: расчет только на кручение и расчет на совместное действие кручения и изгиба.
- Приближенный расчет выполняют как проектировочный, на основе которого ориентировочно устанавливают диаметры характерных сечений вала (методика изложена в шаге 8.14 или 8.15) с последующим уточнением коэффициентов запаса прочности по выносливости (уточненный расчет см. § 5).
Расчет валов на кручение.
- При этом расчете обычно определяют диаметр выходного конца вала или диаметр вала под подшипником (под опорой), который испытывает только кручение.
- Исходя из условия прочности (8.1) выполняют проектировочный расчет
и проверочный расчет
где d — расчетный диаметр вала; М к — крутящий момент в опасном сечении вала; τ к и [τ] к — расчетное и допускаемое напряжения кручения в опасном сечении вала (для сталей 45 и Ст5 [τ] к = 25 ÷ 35 МПа).
Список использованных источников
- Мархель И.И. Детали машин: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 336 с. (Профессиональное образование).
- Автор и источник заимствования неизвестен.
Конец