НАЗНАЧЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

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 для курсового проектирования и расчетно-

графической работы по дисциплине «Детали машин и основы

конструирования» для студентов всех

специальностей очной и заочных форм обучения

 

 

Тюмень

ТюмГНГУ

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» 2012 г.

Содержание

	1 Проектирование валов 5 1.1 Проектный расчет валов 8 1.2 Проверочный расчет валов на прочность 11
	1.3 Расчет валов на жесткость 15
	2. Пример расчета выходного вала цилиндрического 17 прямозубого редуктора.
	Приложение 26
	Литература 28

 

 

НАЗНАЧЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

 

Валы и оси очень широко применяются в технике, поэтому их расчет и конструирование весьма актуально.

Студенты при выполнении курсовых проектов, расчетно-графических и контрольных работ испытывают трудности по расчету и проектированию валов и осей, т.к. современной литературы не достаточно, особенно в филиалах ВУЗа. В литературе так же имеются различия в методике расчетов валов.

Предлагаемые методические указания позволяют формировать знания, умения, навыки по вопросу проектирования валов и осей для студентов всех форм обучения.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ЗНАНИЯМ СТУДЕНТОВ

 

В результате освоения данных методических указаний студент должен:

· знать: расчеты валов и осей на прочность и жесткость;

· уметь: конструировать валы и оси, пользоваться необходимой технической литературой;

· владеть: основными методами расчетов валов и осей и их проектирования.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Овладение навыками творческой работы студентов в проектировании валов и осей, расчетами их на прочность и жесткость.

Правила выбора темы курсовой работы – по двум последним цифрам зачетной книжки (первая цифра – номер задания, вторая цифра – номер варианта);

примерные нормы времени на выполнение работы прописаны в соответствующих специальностям рабочих программах;

требования к оформлению работы указаны в учебнике - Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Академия, 2009 г.;

порядок защиты работы, критерии оценки работы прописаны в соответствующих специальностям рабочих программах.

 

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
	120 80					0, 09 0, 10
40Х	120					0, 09 0, 10
40ХН						0, 10
20Х						0, 07
12ХН3А						0, 10
18ХГТ						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.

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:

[τ ] = (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 Валы

 

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.

 

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ЖЕСТКОСТЬ

Валы, рассчитанные на усталостную и статическую прочность не всегда обеспечивают нормальную работу машин. Под действием нагрузок (рис.3) валы в процессе работы деформируются и получают линейные прогибы и угловые перемещения , что ухудшает работоспособность отдельных узлов машин.

 

 

Рис.3 Прогиб вала

Упругие перемещения (деформации) вала отрицательно влияют на работу связанных с ним деталей: подшипников, зубчатых колеси др. деталей и узлов. От прогиба вала в зубчатом зацеплении возникает концентрация нагрузки по длине зуба. При больших углах поворота в подшипнике может произойти защемление вала.

Для обеспечения требуемой жесткости вала необходимо произвести расчет на изгибную или крутильную жесткость.

1.3.1Расчет валов на изгибную прочность

Условия для обеспечения в процессе эксплуатации требуемой жесткости на изгиб

и , (1.21)

где - действительный прогиб вала;

- допускаемый прогиб вала;

и - действительный и допускаемый углы наклона

Прогибы и углы поворота вычисляют, используя интеграл Мора или правило Верещагина. Для простых расчетных случаев можно использовать готовые решения, приведенные в табл.15.5 .

Допускаемые перемещения сечений вала зависят от требований, предъявляемых к конструкции, и особенностей ее работы.

Допускаемые прогибы валов в месте посадки цилиндрических зубчатых колес составляют ( – модуль зацепления) и – для конических, гипоидных и глобоидных передач.

Угол поворота в подшипнике скольжения рад; в радиальном шарикоподшипнике рад.

1.3.2 Расчет валов на крутильную жесткость

Перемещение при кручении валов постоянного диаметра определяют по формуле

 

(1.22)

где - угол закручивания вала, рад; - крутящий момент;

- модуль упругости при сдвиге;

- длина закручиваемого участка; - полярный момент инерции поперечного сечения вала.

Если вал ступенчатый и нагружен несколькими , то угол определяют по участкам и затем суммируют.

Допускаемый угол закрутки в градусах на метр длины можно принять

ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫХОДНОГО ВАЛА

Исходные данные для расчёта

1. Крутящий момент на валу Т = 600 Н·м;

2. Диаметр колеса = 288 мм; модуль зубьев .

3. На выходном конце вала установлена упругая втулочно-пальцевая муфта;

4. Срок службы длительный, нагрузка близка к постоянной, допускается двукратная кратковременная перегрузка.

2.1 Выбор материала вала, вида его термической обработки (таблица 1)

 

Материал вала - сталь 45, улучшенная, со следующими характеристиками статической прочности и сопротивления усталости: временное сопротивление , предел текучести .

 

2.2 Определение диаметра выходного конца вала d

 

Предварительно диаметр вала d оценивают из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях. Диаметр вала d определяют по формуле (1)

 

 

где [τ ] = 15 МПа – допускаемое напряжение кручения.

 

Полученный диаметр вала округляется по стандартному ряду Ra40 – принимаем диаметр вала d = 60 мм.

 

2.3 Конструирование вала

 

2.3.1 Диаметр цапфы вала подшипника определяется по формуле (2)

,

 

где - высота заплечика (см. стр. 3).

 

.

 

Полученный диаметр цапфы вала подшипника округляется по стандартному ряду Ra40 – принимаем диаметр вала .

 

2.3.2 Диаметр вала под колесом определяется по формуле (3)

 

,

 

где r = 3, 5 мм – фаска подшипника.

 

.

 

 

Полученный диаметр вала под колесом округляется по стандартному ряду Ra40 – принимаем диаметр вала

_.

 

2.3.3 Для вычерчивания конструкции и составления расчетной схемы вала принимаем (рис.1):

 

· длину посадочного конца вала = (1, 5...2) · 60 = (90…120) мм, принимаем ;

· длину ступицы колеса

· длину промежуточного участка тихоходного вала .

ПРИЛОЖЕНИЕ

Образец титульного листа курсовой работы

Рис.4 Образец титульного листа курсовой работы

Рис. 5 Основная надпись для первого или заглавного листа

Рис. 6 Основная надпись для последующих листов

 

В графах основной надписи (номера граф указаны в скобках на рис.5, 6) приводят:

1 – наименование изделия (механизма, сборочной единицы, детали), например: Редуктор цилиндрический;

2 – обозначение чертежа по схеме, указанной в разделе “Спецификация”;

3 – обозначение материала детали (графу заполняют только на чертежах детали), например: Сталь-45 ГОСТ 1050-74;

4 – литеру документа (в учебных проектах в левой клетке пишут букву У);

5 – массу изделия (кг) (в учебных проектах графу заполняют только в чертежах деталей);

6 – масштаб, в котором выполнены основные виды чертежа;

7 – порядковый номер листа (на документах, состоящих из одного листа, графу не заполняют);

8 – общее количество листов документа (заполняют только на первом листе);

9 – сокращенное название вуза и группы, например: ТюмГНГУ АТХ-04-1;

10, 11, 12, 13 – в строке “Разраб.” – фамилию студента, его подпись и дату, в строке “Пров.” - фамилию преподавателя, его подпись и дату.

Остальные строки оставляют свободными.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов/ Дунаев П.Ф., Леликов О.П. – 8-е изд. перераб. и доп.– М.: Издательский центр «Академия», 2003.– 496 с.

2. Иванов М.Н. Детали машин: учебник для студ. высших техни. учебных заведений/ Иванов М.Н., Финогенов В.А..– 8-е изд. испр. – М.: Высшая школа, 2003.– 408 с.

 

Дополнительная литература

 

3. Детали машин: учебник для вузов/ под ред. О.А.. Ряховского.-2-е изд., перераб. – М: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2004.- 520 с.

4. Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование: cправочное учебно-методическое пособие/ Курмаз Л.В., Курмаз О.Л. - М.: Высшая школа, 2007, - 456 с.

5. Чернилевский Д.В. Детали машин. Проектирование приводов технологического оборудования: учебное пособие для студентов вузов/ Д.В. Чернилевский. - М.: Машиностроение, 2004.- 560 с.

Расчеты валов на прочность

 

Методические указания на курсовое проектирование и Расчетно-графическую работу по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» для студентов механических и немеханическихспециальностей очной и заочных форм обучения

 

Составители:

Кривохижа Василий Николаевич, к.т.н., профессор;

Михайлов Сергей Юрьевич, ассистент.

 

 

Подписано в печать 14.06. 2012. Формат 60× 90 1/16.

Усл.печ.л. 1, 75 Тираж 45 экз. Заказ № 287.

 

Библиотечно-издательский комплекс

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет».

625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

 

Типография библиотечно-издательского комплекса

Отдел оперативной полиграфии издательства.

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.

 

 

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 для курсового проектирования и расчетно-

графической работы по дисциплине «Детали машин и основы

конструирования» для студентов всех

специальностей очной и заочных форм обучения

 

 

Тюмень

ТюмГНГУ

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» 2012 г.

Содержание

	1 Проектирование валов 5 1.1 Проектный расчет валов 8 1.2 Проверочный расчет валов на прочность 11
	1.3 Расчет валов на жесткость 15
	2. Пример расчета выходного вала цилиндрического 17 прямозубого редуктора.
	Приложение 26
	Литература 28

 

 

НАЗНАЧЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

 

Валы и оси очень широко применяются в технике, поэтому их расчет и конструирование весьма актуально.

Студенты при выполнении курсовых проектов, расчетно-графических и контрольных работ испытывают трудности по расчету и проектированию валов и осей, т.к. современной литературы не достаточно, особенно в филиалах ВУЗа. В литературе так же имеются различия в методике расчетов валов.

Предлагаемые методические указания позволяют формировать знания, умения, навыки по вопросу проектирования валов и осей для студентов всех форм обучения.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ЗНАНИЯМ СТУДЕНТОВ

 

В результате освоения данных методических указаний студент должен:

· знать: расчеты валов и осей на прочность и жесткость;

· уметь: конструировать валы и оси, пользоваться необходимой технической литературой;

· владеть: основными методами расчетов валов и осей и их проектирования.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Овладение навыками творческой работы студентов в проектировании валов и осей, расчетами их на прочность и жесткость.

Правила выбора темы курсовой работы – по двум последним цифрам зачетной книжки (первая цифра – номер задания, вторая цифра – номер варианта);

примерные нормы времени на выполнение работы прописаны в соответствующих специальностям рабочих программах;

требования к оформлению работы указаны в учебнике - Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Академия, 2009 г.;

порядок защиты работы, критерии оценки работы прописаны в соответствующих специальностям рабочих программах.

 

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
	120 80					0, 09 0, 10
40Х	120					0, 09 0, 10
40ХН						0, 10
20Х						0, 07
12ХН3А						0, 10
18ХГТ						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.

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:

[τ ] = (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 Валы

 

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.

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. D. ОХРАНА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ НА МЕЖДУНАРОДНОМ УРОВНЕ В СИЛУ ПОЛОЖЕНИЙ ДВУСТОРОННИХ СОГЛАШЕНИЙ
2. F70.99 Умственная отсталость легкой степени без указаний на нарушение поведения, обусловленная неуточненными причинами
3. F71.98 Умственная отсталость умеренная без указаний на нарушение поведения, обусловленная другими уточненными причинами
4. В. ОХРАНА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ НА НАЦИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ
5. С. ОХРАНА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ НА МЕЖДУНАРОДНОМ УРОВНЕ ПОСРЕДСТВОМ МНОГОСТОРОННИХ ДОГОВОРОВ