Проектный расчет валов. Выбор расчетной схемы и определение расчетных нагрузок. Расчет валов на статическую, изгибную прочность и жесткость. Проектирование выходного вала цилиндрического прямозубого редуктора. Расчет вала на сопротивление усталости.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА

Кафедра прикладной механики

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАЛОВ

методические указания на курсовое проектирование и расчетно-графическую работу по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» для студентов механических и немеханических специальностей очной и заочных форм обучения

Тюмень 2011

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

СОСТАВИТЕЛИ: к.т.н., профессор В.Н. Кривохижа,

ассистент С.Ю. Михайлов.

© ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2011 г.

1. Проектирование валов

Валом называют деталь, предназначенную для поддержания установленных на ней зубчатых колес, шкивов, звездочек и т. д., и для передачи вращающего момента.

Некоторые валы (например, гибкие, карданные) не поддерживают вращающиеся детали. Коленчатые и гибкие валы относят к специальным деталям и нами не рассматриваются.

Основными нагрузками на валы являются силы от передач и муфты. При расчетах принимают, что насаженные на вал детали передают силы и моменты на середине своей ширины.

Материалами для валов служат углеродистые и легированные стали (таблица 1).

Материалы и термообработка Таблица 1

Марка стали	Диаметр заготовки, мм	Твердость НВ (не менее)	Механические характеристики, МПа	Коэффи-циент
45	120 80	240 270	780 900	540 650	290 390	0,09 0,10
40Х	120	240 270	790 900	640 750	380 450	0,09 0,10
40ХН		270	920	750	450	0,10
20Х		197	650	400	240	0,07
12ХН3А		260	950	700	490	0,10
18ХГТ		330	1150	950	660	0,12

Для большинства валов применяют термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х; для высоконагруженных валов - легированные стали 40ХН, 20Х, 12ХН3А.

Выполняют расчеты валов на усталостную и статическую прочность, жесткость и колебания.

Для окончательного расчета вала необходимо знать его конструкцию, тип и расположение опор, места приложения внешних нагрузок. Вместе с тем подбор подшипников можно осуществить только тогда, когда известен диаметр вала. Поэтому расчет валов на прочность выполняют в два этапа: проектный и проверочный.

1.1 Проектный расчет валов

Проектный расчет вала проводят в такой последовательности:

1. Предварительно оценивают диаметр выходного конца вала из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях

(1.1)

Принимают:

[ф] = (15…30) МПа - редукторных валов;

Полученные значения диаметра округляются до ближайшего размера

согласно ГОСТ 6636- 69 “ Нормальные линейные размеры”.

Так, из ряда указанного стандарта в диапазоне от 16 до 100мм предусмотрены следующие основные нормальные линейные размеры: 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 71, 75, 80, 85, 90. 95, 100мм. Разрешается использовать для цапф вала под подшипники размеры 35, 55, 65, 70 мм.

Оценить диаметр вала можно, ориентируясь на диаметр того вала, с которым он соединяется: например, если вал вращается непосредственно электродвигателем, то диаметр его можно принять равным или близким диаметру выходного конца вала электродвигателя, т.е. .

2. После оценки диаметра вала разрабатывают конструкцию вала

Назначаются диаметры цапф вала (несколько больше диаметра выходного конца) и производится подбор подшипников. Диаметр посадочных поверхностей валов под ступицы насаживаемых деталей для удобства сборки принимают больше диаметров соседних участков (рис.1).

Диаметр цапфы вала подшипника

, (1.2)

где - высота заплечика (рис.1, а, в).

Диаметр под колеса

, (1.3)

где r - координата фаски подшипника (рис.1, а, б, в).

Высоту заплечика, координату r фаски подшипника принимают в зависимости от диаметра d (мм):

d……..17-22 24-30 32-38 40-44 45-50 52-58 60-65 67-75 80-85 90-95

..… 3 3,5 3,5 3,5 4 4,5 4,6 5,1 5,6 5,6

..…1,5 1,8 2,0 2,3 2,3 2,5 2,7 2,7 2,7 2,9

r…………1,5 2 2,5 2,5 3 3 3,5 3.5 3,5 4



Рис.1

Для вычерчивания конструкции и составления расчетной схемы вала можно принимать (см. рис. 1):

? длину посадочного конца вала ;

? длину ступицы колеса , где - диаметр отверстия в ступице;

? длину промежуточного участка тихоходного вала , быстроходного вала цилиндрической передачи , червячной передачи .

Окончательные размеры выявляют после расчета шпоночного (шлицевого) соединения или после подбора посадки с натягом.

Окончательные размеры и определяют при конструировании крышек подшипников, после выбора типа уплотнения и при конструировании корпусной детали.

Окончательные размеры и получают после выбора муфты, размеров шкива, звездочки, расчета шпоночного (шлицевого) соединения.

Для наружной резьбы конических концов валов принимают:

· диаметр резьбы ;

· длину резьбы в зависимости от диаметра

мм…..12…24 27 30 36…42 48…64

, мм….. 1,2 1,1 1,0 0,8 0,7

Выполняют проверочный расчет выбранной конструкции на сопротивление усталости и на статическую прочность.

1.2 Проверочный расчет валов на прочность

1.2.1 Выбор расчетной схемы и определение расчетных нагрузок

При составлении расчетной схемы валы рассматривают как балки, шарнирно закрепленные в жестких опорах, одна из которых подвижная. Нагрузки, передаваемые валам со стороны насаженных на них деталей, полагают сосредоточенными приложенными в середине ступицы. Силами тяжести валов, насаженных на вал деталей пренебрегают. Пренебрегают в большинстве случаев и усилиями, растягивающими или сжимающие вал. Оси координат на расчетной схеме следует направлять вдоль векторов основных внешних сил.

На рис.2, а представлена расчетная схема ведомого вала цилиндрического редуктора с прямозубыми колесами, нагруженного вращающим моментом, окружной силой , радиальной силой и консольной силой, действующей на вал со стороны муфты,.

Из приведенной на рис 2, а расчетной схемы видно, что вектор окружной скорости расположен в горизонтальной плоскости, а вектор радиальной силы - в вертикальной плоскости.

В общем случае для муфт - для входных валов редукторов и выходных валов одноступенчатых редукторов; - для выходных валов многоступенчатых редукторов. Данные формулы учитывают, что на конце вала может быть установлена не только муфта, но и ш...