Механические характеристики основных материалов валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм (не более)	Твердость НВ (не менее)	σВ	σТ	σ-1	τ-1	Коэффициенты
			МПа				ψσ	ψτ
45	Не ограничен	200	560	280	250	150	0	0
	80	270	900	650	380	230	0,1	0,05
40Х	Не ограничен	200	730	500	320	200	0,1	0,05
	120	270	900	750	410	240	0,1	0,05
40ХН	Не ограничен	240	–	–	–	–	0,1	0,05
	200	270	920	750	420	250	0,1	0,05
35ХМ	200	–	920	790	430	260	0,1	0,05

K_σD и K_τD – эффективные коэффициенты концентрации напряжений; K_d – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (табл. 11.6). K_V – коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 11.7); ψ_σ и ψ_τ – коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла напряжений (см. табл. 11.5); [S] – допускаемое значение коэффициента запаса, зависит от надежности и достоверности многих факторов и обстоятельств учитывающих при его определении, обычно принимают равным 1,1–2,5; σ_a и τ_a – амплитудные напряжения; σ_m и τ_m – средние напряжения цикла.

При расчете принимают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу: σ_a=σ_max, σ_т=0; а касательные напряжения по отнулевому (пульсирующему) циклу: τ_a= τ_max/2, τ_m= τ_max/2 (подробнее см. [5]).

Коэффициенты K_σD и K_τD определяют в зависимости от формы детали (табл. 11.8–11.10) и шероховатости (табл. 11.11):

,

где K_F – коэффициент влияния шероховатости поверхности (табл. 11.11).

Таблица 11.6

Значение коэффициента K_d

Напряженное состояние и материала	Диаметр вала d, мм
	30	40	50	70	≥100
Изгиб для углеродистых сталей	0,88	0,85	0,81	0,76	0,71
Изгиб для легированных сталей	0,77	0,73	0,70	0,67	0,62
Кручение для всех сталей

Таблица 11.7

Значение коэффициента K_V при различных видах
поверхностного упрочнения

Вид упрочнения	σВ сердцевины, МПа	KV
		для гладких валов	при Kσ
			≤1,5	>1,5
Закалка с нагревом ТВЧ (толщина слоя 0,9–1,5 мм)	600–800	1,5–1,7	1,6–1,7	2,4–2,8
	800–1000	1,3–1,5	–	–
Азотирование	900–1000	1,1–1,25	1,5–1,7	1,7–2,1
Цементация	700–800	1,4–1,5	–	–
	1000–1200	1,2–1,3	2,0	–
Дробеструйный наклеп или накатка роликом	600–1600	1,1–1,3	1,5–1,6	1,7–2,0

Таблица 11.8

Значения коэффициентов K _σ и K _τ для валов со шпоночными пазами

σВ, МПа	Kσ при выполнении паза фрезой		Kτ
	концевой	дисковой
500	1,60	1,40	1,40
700	1,90	1,55	1,70
900	2,15	1,70	2,05
1200	2,50	1,90	2,40

При расчетах вала в местах установки деталей с гарантированным натягом подставляют формулы 11.6 и 11.7 отношения  (табл. 11.12).

Максимальные напряжения в опасных сечениях определяются по формулам

где W – осевой момент сопротивления сечения; W_p – полярный момент сопротивления сечения вала. Значения W и W_p мм³, для наиболее характерных случаев определяют по формулам, приведенным в табл. 11.13.

Таблица 11.9

Значения коэффициентов K _σ и K _τ для шлицевых
и резьбовых участков валов

σВ, МПа	Kσ для		Kτ для шлицов
	шлицов	резьбы	прямобочных	эвольвентных
500	1,45	1,80	2,25	1,45
700	1,60	2,20	2,45	1,50
900	1,70	2,45	2,65	1,55
1200	1,75	2,90	2,80	1,60

Таблица 11.10

Значения коэффициентов K _σ и K _τ для валов в месте перехода с галтелью

		Kσ при σВ, МПа				Kτ при σВ, МПа
		500	700	900	1200	500	700	900	1200
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
≤1	0,01	1,35	1,40	1,45	1,50	1,30	1,30	1,30	1,30
	0,02	1,45	1,50	1,55	1,60	1,35	1,35	1,40	1,40
	0,03	1,65	1,70	1,80	1,90	1,40	1,45	1,45	1,50
	0,05	1,60	1,70	1,80	1,90	1,45	1,45	1,55	1,55
	0,10	1,45	1,55	1,65	1,80	1,40	1,40	1,45	1,50

Окончание табл. 11.10

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
≤2	0,01	1,55	1,60	1,65	1,70	1,40	1,40	1,45	1,45
	0,02	1,80	1,90	2,00	2,15	1,55	1,60	1,65	1,70
	0,03	1,80	1,95	2,05	2,25	1,55	1,60	1,65	1,70
	0,05	1,75	1,90	2,00	2,20	1,60	1,60	1,65	1,75
≤3	0,01	1,90	2,00	2,10	2,20	1,55	1,60	1,65	1,75
	0,02	1,95	2,10	2,20	2,40	1,60	1,70	1,75	1,85
	0,03	1,95	2,10	2,25	2,45	1,65	1,70	1,75	1,90
≤5	0,01	2,10	2,25	2,35	2,50	2,20	2,30	2,40	2,60
	0,02	2,15	2,30	2,45	2,65	2,10	2,15	2,25	2,40

Таблица 11.11

Значения коэффициента K_F

Класс шероховатости	Обозначение на чертежах	σВ, МПа
		500	700	900	1200
3; 4; 5		1,20	1,25	1,35	1,50
6; 7; 8		1,05	1,10	1,15	1,25
9; 10		1,00	1,00	1,00	1,00

Таблица 11.12

Значения коэффициента K _σD / K _d и K _τD / K _d для валов в местах
установки деталей с гарантированным натягом

Диаметр вала d, мм	KσD/K d при σВ, МПа				KτD/K d при σВ, МПа
	500	700	900	1200	500	700	900	1200
30	2,50	3,00	3,50	4,25	1,90	2,20	2,50	3,00
50	3,05	3,65	4,30	5,20	2,25	2,60	3,10	3,60
≥100	3,30	3,95	4,60	5,60	2,40	2,80	3,20	3,80

3. Полученное действительное значение коэффициента запаса прочности сравнивают с допускаемым. Если не выполняется условие S≥[S] необходимо внести изменения в технологию изготовления, конструкцию или выбрать другой материал вала.

Таблица 11.13

Формулы для определения осевого W и полярного W_p , мм³,
моментов сопротивления

Сечение вала	W, мм3	Wp, мм3
1	2	3
Сплошное	0,1d3	0,2d3
Полое	0,1d3(1-c4)	0,2d3(1-c4)
Со шпоночной канавкой
Со шлицами
Вал шестерня (червяк)

Окончание табл. 11.13

1	2	3
Резьба

Примечание. c=d₁/d; d_a – наружный диаметр вала; d_f – внутренний диаметр вала (значения и определяются по делительному диаметру d).

Выводы.

После выполнения всех проверочных расчетов необходимо согласовать их между собой, с целью получения оптимального варианта разработанной конструкции. Для этого строим таблицы расчетов для каждого вала (табл. 11.14).

Таблица 11.14

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: