Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Запас прочности при статических напряжениях



 

При статических напряжениях в качестве обычно принимают предел прочности и запас прочности определяется

.

Иногда запас прочности определяют по пределу текучести , имея ввиду недопустимость значительной деформации: . и - берутся из справочников по материалам.

При кручении запас прочности:

,

где , - справочные данные.

Если данные отсутствуют, то можно брать известные зависимости:

- для стали и титановых сплавов;

- для алюминиевых и магниевых сплавов.

 

Запас прочности при переменных напряжениях

 

Если деталь испытывает переменное напряжение симметричного цикла, то предельным напряжением будет предел выносливости с учетом концентрации напряжений , состояния поверхности , абсолютных размеров :

где - предел выносливости.

При отсутствии данных пользуются зависимостью (изгиб):

в зависимости от предельной прочности стали и от ее микроструктуры (0, 3 – относится к мартенситовой структуре, 0, 6 - к ферритовой (редко)).

Для обычных конструкционных сталей (изгиб):

При кручении при симметричном цикле:

При отсутствии справочных данных используют зависимости:

- для обычных сталей,

- для высоколегированных сталей и чугуна.

Запас прочности:

где - амплитуда действительных переменных напряжений.

При расчете по касательным напряжениям запас прочности определяется аналогично изгибу:

где амплитуда действительных касательных напряжений.

При совместном действии нормальных напряжений и касательных (изгиб и кручение) вводят понятие эквивалентного напряжения (по теории Мизеса):

,

а запас прочности определяется:

Вопросы для самоконтроля

1. Понятие надежности, работоспособности, прочности.

2. Как оценивается прочность деталей? Проверочный и проектировочные расчеты.

3. Что принимают за условный предел выносливости?

4. Циклы нагружений и их характеристики.

5. Как определяется запас прочности при статических нагружениях?

6. Как определяется запас прочности при переменных напряжениях?

РАСЧЕТ ВАЛОВ

Общие сведения о валах

В машиностроении наиболее распространены прямые валы в форме тел вращения устанавливаемые в подшипниковых опорах.

Валы передающие только крутящий момент от одной детали к другой называются торсионными (рессорами).

Часто передача крутящего момента связана с появлением осевых и радиальных сил.

Реже встречаются валы, используемые для поддержания вращающихся деталей и не передающих полезного крутящего момента. Такие валы называют осями.

Для обеспечения работоспособности валы и оси должны удовлетворять условиям прочности, жесткости и технологичности.

В специальных конструкциях к валам предъявляют дополнительные требования: износостойкости, устойчивости, минимальной массы и т.п.

Конструктивные формы и материалы валов

В зависимости от распределения нагрузок вдоль оси вала и условий сборки прямые валы выполняются ступенчатыми (рис.2 а) или гладкими (рис. 2 б).

Более распространены ступенчатые валы, близкие по форме к балкам равного сопротивления. Такие валы удобны при сборке, а уступы обычно используются для упора деталей.

Диаметры посадочных поверхностей (под ступицы, колеса и т.п.) следует выбирать из стандартного ряда посадочных размеров, а диаметры посадочных поверхностей под подшипники – из стандартного ряда внутренних диаметров подшипников.

 

 

 

Рис. 2. Прямые валы: а – ступенчатый, б - гладкий

 

Конструктивная форма валов зависит от величины и характера нагрузок, действующих на вал. При больших крутящих моментах применяют шлицевые соединения (рис. 3).

При средних значения крутящего момента и менее высоких требованиях применяют шпоночное соединение. Осевое усилие фиксируют затяжкой (рис. 4).

Соединение валов и ступиц часто осуществляются с гарантированным натягом. В таких соединениях довольно высокая концентрация напряжений. Поэтому необходимо предусмотреть меры по снижению концентрации напряжений вблизи кромок ступиц. Диаметр подступичной части вала для этих участков следует увеличивать на 5 – 10 % по отношению

 

Рис. 3. Шлицевое соединение

Рис.4. Соединение шпонкой

к соседним участкам, и упрочнить поверхность пластическим деформированием.

В ряде конструкций используют полые валы. Это позволяет уменьшить массу вала. Поперечные отверстия ослабляют вал, поэтому края отверстия скругляют, а само отверстие упрочняют.

Длинные валы выполняют составными. Соосные валы соединяют с помощью шлицевых (рис.5) или фланцевых (рис.6) соединений.

 

 

Рис. 5. Шлицевое соединение валов

 

 

 

Рис. 6. Фланцевое соединение валов

 

Для передачи больших крутящих моментов используют соединения с торцевыми радиальными шлицами эвольвентного или треугольного профиля (рис. 7).

 

Рис. 7. Соединение с помощью торцевых шлицев

 

Для изготовления валов в основном используют углеродистые стали марок 20, 30, 40, 45, 50, легированные стали марок 20Х, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА и др. выбор материала зависит от конструкции вала: валы – шестерни изготавливаются из низкоуглеродистых легированных сталей марок 12ХН3А, 12Х2Н4А с последующей цементацией. Быстроходные валы, вращающиеся в опорах скольжения, требующие высокой твердости изготавливают из цементируемых сталей 12Х2Н4Ф, 20Х, 18ХГТ или азотируемых сталей 38Х2МЮА и др. Механические характеристики материалов валов представлены в таблице 1.

 

Таблица 1

Основные технические требования к валам

Обработку валов производят, как правило, в центрах.

Наиболее жесткие требования по точности, шероховатости поверхности предъявляют к шейкам валов, на которые устанавливают подшипники качения. Параметры шероховатости поверхности шеек под подшипники принимают равными ¸ мкр.

Особое внимание следует уделять требованиям к овальности и конусности мест посадок допускам на относительное радиальное биение, допускам на биение упорных буртиков валов, допускам на перекос и несимметричность расположения шлицевых валов.

 

Нагрузки на валы и расчетные схемы

Для оценки прочности необходимо знать действительное распределение напряжений в сечениях вала от внешних нагрузок.

Внешние нагрузки передаются на валы от сопряженных деталей (зубчатых зацеплений, муфт и др.) и могут быть определены путем расчета.

Вал рассматривают как балку, шарнирно закрепленную в жестких опорах. Такая модель наиболее близка к действительности для валов, вращающихся в опорах качения. Если подшипников – два, то большую часть нагрузки воспринимает внутренний подшипник и опору следует поместить так, как показано на рис.8.

Рис. 8. Расчетные схемы опор валов:

а) один подшипник; б) сдвоенный подшипник;

в) опора скольжения; г) ступица

Нагрузки от дисков, шкивов, зубчатых колес и других деталей передаются на валы через площадки контакта. В приближенных расчетах валов обычно не учитывается распределение нагрузок по длине зубьев зубчатых колес и шлицевых соединений, вдоль шпонок, вкладышей подшипников скольжения и других деталей. При составлении расчетной схемы вала эти давления обычно заменяются эквивалентными сосредоточенными силами, приложенными в середине площадки контакта.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-11; Просмотров: 1489; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.023 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь