Составив расчётную схему вала (см. рис. 111), проводят его расчёт на статическую прочность при совместном действии изгиба и кручения по методике, известной из курса сопротивление материалов, выполняют проверочный расчёт на усталостную прочность, необходимые специальные расчёты, а затем уточняют конструкцию вала.
Этапы расчёта и проектирования вала:
1. Разрабатывают конструкцию вала и определяют диаметр концевого участка из расчёта только на кручение по величине вращающего момента
| Рис. 111. Расчетная схема и эпюры вала |
[τ]кр = 12...20 МПа - допускаемое напряжение стали на кручение.
При конструировании и предварительном расчёте назначают: диаметры посадочных поверхностей - из ряда номинальных линейных размеров (табл. I), диаметры под подшипники качения - из стандартов на подшипники, перепад диаметров соседних участков вала и размеры галтели — по соответствующим стандартам; соединение вал - ступица обычно укрепляют шпонкой или шлицами.
2. Составляют расчётную схему и проводят расчёт вала на статическую прочность:
• расчётную схему (рис.) выполняют с приложением внешних сил, действующих в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
• определяют реакции в опорах А и Б:
• строят эпюры изгибающих моментов в горизонтальной МиГ, вертикальной МиВ плоскостях и вычисляют суммарный изгибающий момент в характерных сечениях по формуле
• строят эпюру эквивалентных моментов Мэк от действия суммарного изгибающего Ми и вращающего моментов по формуле 
• вычисляют диаметры в опасных (обычно под зубчатыми и червячными колёсами) сечениях вала по формуле
где [σ] = (0,05...0,08)σв.
2. Расчёт на сопротивление усталости осуществляют в виде проверки коэффициента запаса прочности по условию
3. 
= 1,5...4,0. (17.3)
где ησ и ητ- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
где σ-1 - предел выносливости материала вала;
εσ - масштабный фактор для нормальных напряжений;
λ - коэффициент влияния шероховатости поверхности, зависящий от вида обработки поверхности вала, λ = 0,93…0,96 (меньшие значения соответствуют грубой обточке, а большие - шлифованию);
κσ- эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений. Для валов из высокопрочных и легированных сталей со шпоночными канавками κσ= 2,0.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
где τ-1= 0,5 8σ-1 - предел выносливости по касательным напряжениям;
kτ - эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений. Для валов из высокопрочных и легированных сталей со шпоночными канавками kτ= 2,1.
ετ - масштабный фактор для касательных напряжений;
ψτ - коэффициент, характеризующий соотношение пределов выносливости при симметричном и отнулевом циклах изменения напряжений кручения. Для углеродистой и легированной стали, применяемой для изготовлении валов, можно принимать ψτ = 0,1.
При значении n > 2,5 расчёт вала на жёсткость можно не проводить.
4. Уточняют конструкцию вала и выполняют специальные расчёты.
ЛЕКЦИЯ № 18
