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 tкр = Мвр / Wp £ [t]кр,где Wp - полярный момент сопротивления сечения.

Для круглого сечения: Wp = 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 sэкв = Мэкв / Wp. 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).