Расчет валов на сопротивление усталости

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒

Данный расчет выполняется, когда известна конструкция и размеры вала, расположение и виды концентраторов напряжений, расположение опор и деталей передач. Расчет проводится в форме проверочного расчета по следующему условию:

где , – коэффициенты запаса прочности, соответственно, по нормальным и касательным напряжениям.

Коэффициенты запаса прочности определяются по формулам:

;

где , – коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов на предел выносливости материала; , – переменные составляющие циклов напряжений (амплитуды напряжений циклов); , – постоянные составляющие циклов напряжений (средние напряжения циклов); , – коэффициенты, учитывающие влияние асимметрий цикла напряжений на предел выносливости материала.

Коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов на предел выносливости материала, определяются по формулам:

;

где – коэффициент, учитывающий влияние термообработки на предел выносливости материала.

Коэффициенты и определяются по формулам:

; ,

где , – пределы выносливости материала при отнулевом цикле напряжений.

При отсутствии значений и их можно определить по приближенным зависимостям:

; .

Если средние значения напряжений циклов являются напряжениями сжатия ( , < 0), то значения и следует принять равными нулю.

В большинстве случаев трудно установить истинный цикл изменения нагрузки в условиях эксплуатации. Поэтому условно расчет выполняют по номинальной нагрузке, а циклы напряжений принимают симметричным для нормальных напряжений (рис. 12.2, а) и отнулевым для касательных напряжений (рис. 12.2, б). Выбор отнулевого цикла для касательных напряжений обосновывается тем, что большинство машин работает с переменными крутящими моментами, а знак момента изменяется только у реверсивных машин. Согласно данному условию принимают:

– при нереверсивной нагрузке

; ;

;

– при реверсивной нагрузке

; ;

; .

Допускаемый коэффициент безопасности выбирается в зависимости от принимаемой категории расчета.

Первая категория расчета :

а) учтены все нагрузки, в том числе и динамические, расчетная схема и методика расчета достаточно точно подходят к конкретному случаю;

б) все нагрузки экспериментально проверены;

в) степень однородности материала высокая и его механические характеристики уточнены экспериментально или приняты их минимальные значения гарантированные стандартом;

г) гарантируется соблюдение предусмотренных технологических условий изготовления.

Рис. 12.2. Циклы изменения напряжений

Вторая категория расчета : наличие условия а и любого другого условия, приведенных для первой категории расчета.

Третья категория расчета : для всех случаев, когда при расчете учитываются только основные нагрузки.

Четвертая категория расчета : при необходимости обеспечить достаточную жесткость валов, например, для валов коробок скоростей.

Проверка валов на кратковременную перегрузку

Данный расчет проводится с целью предупреждения пластических деформаций и разрушений с учетом кратковременных перегрузок, например, пусковых. Для исключения возникновения малых пластических деформаций валы необходимо проверить по запасу статической прочности:

где – расчетный коэффициент запаса прочности; – нормальное напряжение при перегрузке; – касательное напряжение при перегрузке; – требуемый коэффициент запаса прочности.

Значения напряжений в опасном сечении вала определяются по формулам:

: ,

где – соответственно, изгибающий и крутящий моменты в опасном сечении при перегрузке.

Пиковые нагрузки могут быть случайными, действующими ограниченное число раз. Поэтому, если их определение затруднено, то расчет можно вести на двукратную перегрузку по крутящему моменту. Данную перегрузку обеспечивает асинхронный двигатель в период пуска:

; ,

где – максимальные моменты; – номинальные моменты.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Общие сведения

Подшипники предназначены для поддержания вращающихся валов и осей в пространстве и восприятия, действующих на них нагрузок. Подшипники могут также поддерживать детали, вращающиеся вокруг осей, например, сателлиты планетарных механизмов.

Подшипники качения состоят из следующих деталей:

– наружного и внутреннего колец с дорожками качения;

– тел качения;

– сепараторов, разделяющих и направляющих тела качения.

В совмещенных опорах одно или оба кольца могут отсутствовать: в данном случае тела качения катятся непосредственно по канавкам вала или корпуса. Может отсутствовать также сепаратор (игольчатые подшипники).

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качение существенно меньше зависит от смазки. Приведенный коэффициент трения качения близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения ( ).

Достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

– упрощается система смазки и обслуживание подшипника, уменьшается расход смазочных материалов;

– уменьшается возможность разрушения при кратковременных перебоях в смазке, например, в период пуска, при резких изменениях нагрузок и скоростей;

– меньшие моменты сил трения и теплообразование; малая зависимость моментов сил трения от скорости, значительно меньшие пусковые моменты (до 5…10 раз);

– меньший расход цветных материалов;

– меньшие требования к материалу и термической обработке валов;

– конструкция подшипников качения позволяет изготавливать их в массовом количестве как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость машин и механизмов.

Недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

– отсутствие разъемных конструкций;

– повышенные радиальные габариты;

– высокие контактные напряжения и, соответственно, ограниченный срок службы;

– ограниченная быстроходность, связанная с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и т.д.);

– низкая работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при роботе в агрессивных средах, например в воде;

– меньшая способность демпфировать колебания, повышенный шум при высоких частотах вращения.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒