”чебный курс ƒетали машин и основы конструировани€

 онспекты
Ќачертательна€
–ешение задач
√рафика

¬јЋџ† »†ќ—»

≈сли на выходных участках валов это условие невыполнимо, то шпоночный паз фрезеруют Ђна проходї. ѕри установке на валу нескольких шпонок их следует располагать в одной плоскости и предусматривать дл€ них по возможности одинаковую ширину пазов при соблюдении условий прочности шпоночных соединений. Ёто позвол€ет обрабатывать пазы без изменени€ положени€ вала и одним инструментом.

–азмеры зубьев шлицевых участков выбирают, учитыва€ диаметры соседних посадочных участков вала. ƒл€ выхода режущего инструмента внутренний диаметр d зубьев шлицевого участка, расположенного между подшипниками, должен быть больше посадочного диаметра подшипника. ¬ противном случае дл€ выхода фрезы предусматривают участок длиной lвых (рис. 4.9, табл. 4.5).

ѕо такому же принципу конструируют резьбовые участки валов под круглые шлицевые гайки. Ќа участках предусматривают канавки дл€ выхода резьбонарезного инструмента (рис.4.10, табл.4.6) и под €зычок стопорной многолапчатой шайбы.

–ис. 4.9. Ўлицевые участки валов

“аблица 4.5. ƒиаметр фрезы дл€ пр€мобочных шлицев (см. рис.4.9)

“аблица 4.6. –азмеры канавок разных†типов, мм (см. рис. 4.11.)†

ѕримечание. ” канавок типа I радиус скоса r1 =0,5 мм.

ѕри изготовлении вала за одно целое с шестерней (рис. 4.11) материал вала и способ термообработки выбирают по услови€м прочности зубьев шестерни.

ƒл€ изготовлени€ валов примен€ют углеродистые конструкционные стали 40, 45, 50 и легированную сталь 40’ твердостью Ќ¬≤ 300. Ћегированные стали 40’Ќ, 30’√—ј, 30’√“ и других марок с последующей закалкой “¬„ примен€ют дл€ высоконагруженных валов. Ѕыстроходные валы, вращающиес€ в подшипниках скольжени€, дл€ повышени€ износостойкости цапф изготовл€ют из цементуемых сталей 20’, 12’Ќ«ј, 18’√“ или азотируемой стали 38’2ћёј. ≈сли размеры вала определ€ютс€ услови€ми жесткости, то можно

использовать стали —т. 5, —т. 6. Ёто допускаетс€ при отсутствии на валу изнашиваемых поверхностей (цапф, шлицев и др.), требующих прочных, термически обработанных сталей. ‘асонные валы (например, коленчатые) изготовл€ют из высокопрочных и модифицированных чугунов.

ћеханические характеристики валов указаны в таблице 4.7.

Ќа третьем этапе конструировани€ выполн€ют проверочный расчет вала, определ€€ эквивалентное напр€жение или запас прочности в наиболее опасных сечени€х.

ƒл€ валов, работающих в режиме кратковременных перегрузок, в цел€х предупреждени€ пластических деформаций выполн€ют проверочный† расчет н а†статическую прочность. Ёквивалентное напр€жение в опасном сечении, ћѕа,

;†(4.6)

где d Ч диаметр вала, мм; ћ Ч наибольший изгибающий момент, Ќ Х м; “ Ч наибольший вращающий момент, Ќ Х м.

ƒопустимое напр€жение, ћѕа,

;†(4.7)

где σт Ч предел текучести, ћѕа; ST Ч запас прочности по пределу текучести: ST = 1,2...1,8.

ѕроверочный расчет осей выполн€ют по формуле (4.6) при T = 0.

ѕри длительно действующих нагрузках выполн€ют проверочный расчет н а сопротивление усталости.  оэффициент запаса усталостной прочности

;†(4.8)

где†Sσ ; SτЧ коэффициенты запаса прочности соответственно по напр€жени€м изгиба и кручени€; [S]Чдопустимый коэффициент запаса прочности: [S] = 2...2,5.

 оэффициент запаса прочности по напр€жени€м изгиба

;†(4.9)

–ис. 4.11.  онструкци€ вала Ч шестерни.

ќбозначени€: da1 Ч диаметр шестерни; dB Ч диаметр вала;

dѕ Ч посадочный диаметр вала под подшипник

по напр€жени€м кручени€

;†(4.10)

где σ-1,-1 Ч пределы выносливости материала вала соответственно при изгибе и кручении с симметричным знакопеременным циклом, ћѕа (см.табл. 4.7);  σD, KDЧ коэффициенты концентрации напр€жений, учитывающие вли€ние всех факторов на сопротивление усталости; σа, D Ч переменные составл€ющие цикла изменени€ напр€жений (амплитуды), ћѕа; ψσ ψЧ коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла напр€жений (см. табл. 4.7); σm; m Ч посто€нные составл€ющие цикла изменени€ напр€жений, ћѕа.

—оставл€ющие цикла изменени€ напр€жений изгиба†

;†(4.11)

,†(4.12)

где MΣ Ч суммарный изгибающий момент, Ќ Х м; Wo Ч момент сопротивлени€ сечени€ вала изгибу) мм3; Fа Ч осевое усилие. Ќ; ј Ч площадь сечени€ вала, мм2: ј = nd2/4.

ћомент сопротивлени€ изгибу вала сплошного круглого сечени€

;†(4.13)

сечени€ со шпоночным пазом шириной b и глубиной t1

;†(4.14)

шлицевого участка вала диаметрами d и D числом зубьев z и шириной b

;†(4.15)

—оставл€ющие цикла изменени€ напр€жений кручени€

,†(4.16)

где WP Ч момент сопротивлени€ вала кручению, мм3.

ƒл€ сплошного сечени€

.†(4.17)

ƒл€ сечени€, ослабленного шпоночным пазом,

.†(4.18)

“аблица 4.7. ћеханические характеристики некоторых сталей

ƒл€ шлицевого участка

†(4.19)

 оэффициенты†концентрации†напр€жений при изгибе

†(4.20)†

при кручении

†(4.21)†

где  σ,   Ч эффективные коэффициенты концентрации напр€жений соответственно при изгибе и кручении (табл. 4.8, 4.9, 4.10, 4.11); Kdσ; Kd Ч масштабные коэффициенты (табл. 4.12); KFσ ; KF Ч коэффициенты качества поверхности (табл. 4.13);  у Ч коэффициент вли€ни€ поверхностного упрочнени€ (табл. 4.14).

≈сли в сечении действуют несколько концентраторов напр€жений (например, посадка с нат€гом и переход галтелью) в расчет ввод€т большее из значений  σ и†K.

”пругие перемещени€ валов и осей вли€ют на работоспособность зубчатых передач, подшипников и различных соединений, вызыва€ концентрацию напр€жений, интенсивное изнашивание и разрушение деталей.

†“аблица 4.8. Ёффективные коэффициенты концентрации напр€жений дл€ валов с галтельными переходам

†“аблица 4.9


Ёффективные коэффициенты концентрации напр€жений дл€ валов с выточкой

†“аблица 4.10

Ёффективные коэффициенты концентрации напр€жений дл€ валов со шлицами, шпоночной канавкой и метрической резьбы

†“аблица 4.11 ќтношен舆коэффициентов концентрации и дл€ валов с насаженными детал€ми


“аблица 4.11 ѕродолжение

†ѕ р и м е ч а н и е: I†-†посадка с гарантированным нат€гом;†II Цпереходные посадки; III Ц посадки типа Ќ/h.

†ѕоэтому при необходимости выполн€ют расчет на† жесткость†по услови€м:

†(4.22)

†(4.23)†

где f Ч максимальный прогиб (стрела прогиба), мм; [f]Ч допустимый прогиб, мм; θ Ч угол поворота сечени€, рад; [θ] Ч допустимый угол поворота, рад.

†ѕрогиб валов и углы поворота определ€ют известными методами, изложенными в курсе сопротивлени€ материалов. — целью упрощени€ расчета можно использовать готовые формулы (табл. 4.15).†

«начени€ [f] и [θ] определ€ют, исход€ из опыта эксплуатации. ƒл€ участков валов с зубчатыми цилиндрическими колесами [f] = (0,01....0,03)m , с коническими†и†гипоидными†[f] = (0,005Е0,007)m.

“аблица 4.15

‘ормулы дл€ расчета углов поворота сечений и прогибов двухопорных балок

(здесь m Ч модуль зацеплени€, мм). ¬ местах посадки зубчатых колес и в опорах скольжени€ [θ] = 0,001 (в радианах), в радиальных шарикоподшипниках Ч 0,005, в радиально-упорных роликовых Ч 0,0016, в шариковых сферических [θ] = 0,05†

„Р„Ш„Э „Ю„Ы„†„Щ „Ы„§„Х„Ь, „Ш„® ћеханические передачи ƒетали машин