Навантаги на вали і осі та їхні розрахункові моделі

Рис. 7.1. Рухома та нерухома осі вантажних барабанів

б в

г ґ

Рис. 7.2. Класифікація валів передач

Рис. 7.3. Класифікація корінних валів

Рис. 7.4. Класифікація валів за призначенням

Форма вала по довжині визначається розподілом навантаги та умовами технології виготовлення і складання. Епюри згинальних моментів по довжині валів, як правило, не постійні і, зазвичай, сходять до нуля на кінцевих опорах або на кінцях валів. Обертовий момент звичайно передається на певному відрізку вала. Тому за умовою міцності допустимо і доцільно конструювати вали змінного перерізу, що близькі до тіл рівного опору. А звідси виконуються вали практично ступінчастими. Ця форма зручна при виготовленні та складанні, виступи валів можуть сприймати великі осьові сили.

Вали можуть бути суцільними і порожнистими. Порожнистий вал значно легший від суцільного, а тому такі вали застосовують за жорстких умов до маси (у літальних апаратах) та за необхідності проходу через вали або розміщення всередині валів інших деталей.

Вали можуть мати довжину до 7 м (або й більше). А тому для таких валів поставляється кругла якісна сталь відповідної довжини (до 7 м), а довші вали виконують складеними, що необхідно також за умовами монтажу і транспортування.

Діаметри поверхонь посадки (під маточини зубчастих коліс, шківів, зірочок та інших деталей) вибирають зі стандартного ряду розмірів посадок, діаметри під вальниці котіння – зі стандартного ряду внутрішніх діаметрів вальниць котіння.

Цапфи (шийки) валів, що працюють у вальницях ковзання, виконують: циліндричними; конічними; сферичними. Найбільше використовують циліндричні цапфи. Конічні цапфи застосовують для реґулювання люфта у вальницях, а також іноді для осьової фіксації вала. Люфт реґулюється осьовим переміщенням вала або вкладки вальниці. Сферичні цапфи трудомісткі при виготовленні, а тому їх застосовують тільки за необхідності значних кутових переміщень осі вала.

Цапфи валів для вальниць котіння мають значно меншу довжину, ніж для вальниць ковзання, але це тільки для одинарних вальниць.

Матеріали та обробка осей та валів. Для виготовлення більшо-сті валів в основному використовують вуглецеві сталі марок 20, 30, 40, 45 та 50, а також леґовані сталі марок 20Х, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА, та ін. Сталі 40ХН, 40ХН2МА, 30ХГТ, 30ХГСА та ін. застосовують для високонапружених валів відпові-дальних машин. Вали з цих сталей піддають, як правило, поліпшенню, загартуванню з високим відпуском або поверхневому гартуванню з нагріванням СВЧ і низьким відпуском (шліцеві вали).

Швидкохідні вали, які обертаються у вальницях ковзання, вимагають досить високої твердості цапф, а тому їх виготовляють із цементованих сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ або азотованих сталей типу 38Х2МЮА. Хромовані вали мають високу стійкість проти спрацювання. Наприклад, в автомобільній промисловості покриття хромом шийок колінчастих валів збільшує ресурс до перешліфування у 3÷5 разів.

Для оцінки міцності цих деталей необхідно знати дійсний розподіл напруг у перерізах вала від зовнішніх навантаг (постійних і змінних).

Зовнішні навантаги передаються на вали від спряжених деталей (зубчастих коліс, муфт, зірочок) і можуть бути визначені розрахунком.

Якщо зовнішні навантаги відомі, то для розрахунку внутрішніх силових факторів у певних перерізах вал (або вісь) розглядають як балку, що шарнірно закріплена на жорстких опорах. Така модель форми вала і умов закріплення досить близька до дійсності для валів, які обертаються в опорах котіння.

При встановленні в опорі двох вальниць котіння більшу частину навантаги буде сприймати внутрішня вальниця. Для точніших розрахунків вал розраховують як багатоопорну балку на пружних опорах.

Умовну опору для валів, які опираються кінцями на вальниці ковзання, розміщують на відстані (0,25÷0,30)l від внутрішнього торця, але не дальше 0,5d від внутрішньої крайки вальниці.

Зміщення опори від центра вальниці в бік внутрішнього торця пов’язане зі зміщенням в цей бік максимальних контактних тисків внаслідок деформації вала і вальниці. Навантаження від зубчастих коліс, шківів, зірочок та інших подібних деталей передаються на вали через поверхню контакту. При розрахунку валів ці навантаги для спрощення замінюють зосередженими еквівалентними силами, прикладеними всередині маточини.

Розрахункові моделі валів та осей різноманітні. Найчастіше мають місце двоопорні вали та осі як статично визначувані системи. Це можуть бути швидкохідні, проміжні та тихохідні вали редукторів.

У процесі роботи вали зазнають деформацій згину, розтягу або стиску і кручення. Сталість напряму поперечних щодо поздовжньої осі вала сил спричиняє у валах, які обертаються, появу циклічно змінних напруг згину, а дія осьових сил – виникнення у перерізах валів напруг розтягу або стиску.

Отже, різні перерізи валів знаходяться під дією змінних у часі нормальних та дотичних напруг. Тому стійкість більшості валів проти втомного руйнування як критерій оцінки у сучасних швидкохідних машинах має вирішальне значення. Втомне руйнування має місце у 40÷50 % випадків виходу валів із ладу. Для тихохідних валів або валів, що піддаються дії короткочасних пікових перевантажень, основним розрахунковим критерієм є також статична міцність.

Щодо валів, які мають значні (порівняно з діаметром) відстані між опорами, можуть бути недостатньо жорсткими у поперечному напрямку. Це може спричинити порушення геометрії зачеплень зубчастих коліс, заклинювання валів в опорах, або недопустимі поперечні коливання валів. Тому важливим критерієм розрахунку довгих валів є умова достатньої жорсткості.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Загальні відомості. Класифікація. Матеріали	\|	Розрахунки валів та осей

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.045 сек.