Расчет прямых валов на прочность

При проектном расчете обычно известны крутящий момент Т или мощность Р и частота вращения, нагрузка и размеры основных деталей, расположенных на валу (например, зубчатых колес). Требуется определить размеры и материал вала. Валы рассчитывают на прочность, жесткость и колебания. Основной расчетной нагрузкой являются моменты Т и М, вызывающие кручение и изгиб. Влияние сжимающих или растягивающих сил обычно мало и не учитывается. Для выполнения расчета вала необходимо знать его кон­струкцию (места приложения нагрузки, расположение опор и т. п.). На практике обычно используют следующий порядок проектного расчета вала: Предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, так как неизвестны расположение опор и места приложения нагрузок). Напряжения кручения

= T/Wp=T/(0,2d³)≤ [ ] или d= . Расчет на прочность. На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное. Статическое разрушение происходит под действием случайных кратковременных пере­грузок. Расчет на статическую прочность выполняют как проверочный. При расчете на сопротивление усталости необходимо прежде всего установить характер цикла напряжений.

Приступая к расчету, предположительно намечают опасные сечения вала, которые подлежат проверке (сечения /—/ и //—//;. При этом учитывают характер эпюр изгибающих и крутящих моментов, ступенчатую форму вала и места концентрации напряжений. Для опасных сечений определяют запасы сопротивления усталости и срав­нивают их с допускаемыми. Расчёт вала на объёмную прочность выполняют в три этапа.

Предварительный расчёт валов. Выполняется на стадии проработки Технического Задания, когда известны только вращающие моменты на всех валах машины. При этом считается, что вал испытывает только касательные напряжения кручения t_кр = М_вр / W_p £ [ t ] _кр,где W_p - полярный момент сопротивления сечения.

Для круглого сечения: W_p = pd³/16, [ t ] _кр= 15 ¸ 20 Н/мм². Уточнённый расчёт валов учитывают и изгибающие моменты. Выполняется на этапе эскизной компоновки, когда предварительно выбраны подшипники, известна длина всех участков вала, известно положение всех колёс на валу, рассчитаны силы, действующие на вал. Далее рассчитывается и строится эпюра эквивалентного "изгибающе-вращающего" момента. Вычисляется эквивалентное напряжение от совместного действия изгиба и кручения s _экв = М_экв / W_p. Расчёт вала на выносливость. Выполняется как проверочный на стадии рабочего проектирования, когда практически готов рабочий чертёж вала, т.е. известна его точная форма, размеры и все концентраторы напряжений: шпоночные пазы, кольцевые канавки, сквозные и глухие отверстия, посадки с натягом, галтели (плавные, скруглённые переходы диаметров).