Валы и оси

ВАЛЫ. ОСИ. МУФТЫ. Раздел №1: Валы и оси. Вал предназначен для передачи вращающего момента вдоль своей осевой линии, а так же для поддерживания установленных на нем деталей ( зубчатых колес, шкивов…). Некоторые валы (гибкие, карданные, торсионные) не поддерживают деталей. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в некоторых случаях растяжение или сжатие. Ось только поддерживает установленные на ней детали и воспринимает действующие на них силы. Ось не передает вращающего момента и не испытывает кручения. По форме геометрической оси различают валы: 1. прямые (оси почти всегда прямые) 2. непрямые (коленчатый вал) По форме продольного сечения различают валы и сои: 1. гладкие 2. ступенчатые Пример: прямой ступенчатый вал зубчатого редуктора. Ступенчатая форма способствует равной напряженности отдельных участков, упрощает монтаж деталей на валу. По внешнему очертанию поперечного сечения различают валы: 1. шпоночные 2. шлицевые Материалы валов и осей должны хорошо обрабатываться, быть прочными и иметь высокий модуль упругости. Этим требованиям удовлетворяют углеродистые и легированные стали. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАЛОВ. Опорные участки вала или оси называют цапфы. Различают 3 вида цапф: 1. шип концевая цапфа (воспринимает радиальную силу) 2. шейка промежуточная цапфа 3. пята концевая цапфа (воспринимает осевую силу) Шипы и шейки вала или оси опираются на подшипники, опорной частью для пяты является подпятник. Буртик – кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое. Заплечик – переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал или ось деталей. Галтель – криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему. Галтели выполняют: постоянного радиуса переменного радиуса с поднутрением Переходные участки являются концентраторами напряжений. Для снижения концентрации напряжений в переходных участках выполняются разгрузочные канавки, увеличивающие радиусы галтелей. РАСЧЕТ ВАЛОВ (И ОСЕЙ) Расчет валов и осей производят в 2 этапа: 1. проектировочный расчет производят на статическую прочность с целью ориентировочного определения диаметров вала. 2. проверочный расчет валов производят на сопротивление усталости и на жесткость. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ Проектировочный расчет выполняется условно только на кручение. т.к. изгибающие моменты могут быть определены только после проработки конструкции вала. При расчете определяется диаметр концевого участка вала: d ≥ ³√Mкр /0.2 [τ]кр Мкр – крутящий момент (равняется вращающему моменту Т в расчетном сечении) [τ]кр – допускаемое напряжение кручения. Влияние изгиба учитывается снижением допускаемого напряжения [τ]кр Диаметры других участков назначаются при разработке конструкции вала в целом. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ Проверочный расчет на сопротивление усталости производят по коэффициенту запаса прочности S в предположительно опасных сечениях. При расчете учитывают: - характер изменения напряжений - влияние абсолютных размеров - влияние концентрации напряжений - влияние шероховатости и упрочнения поверхностей Условное сопротивление усталости: S =( Sσ – Sτ ) / √Sσ² - Sτ² ≥[ S ] Sσ, Sτ – коэффициент запаса по нормальным и касательным напряжениям [S] – допускаемый коэффициент запаса прочности (для валов передач принимается [S] = 1.5. . . 2.6 ) Расчет валов на жесткость выполняется, когда упругие перемещения, возникающие под действием приложенных сил, могут оказать неблагоприятное влияние на работу расположенную на валу (или оси) деталей. Различную изгибную и крутильную жесткость. Изгибную жесткость оценивают углом θ прогиба, который определяют методами сопротивления материалов. Крутильная жесткость оценивается углом закручивания на единицу длины вала и оси. Раздел №2: Муфты. Муфта – устройство для кинематической и силовой связи валов в приводах машин и механизмов. . НАЗНАЧЕНИЕ МУФТ Передача вращающего момента без изменения его величины и направления. Некоторые типы муфт обладают способностью: - поглощать вибрации и толчки - предохранять машину от перегрузок - включать и выключать рабочий механизм машины без остановки двигателя. МУФТЫ НЕРАСЦЕПЛЯЕМЫЕ Муфты нерасцепляемые (постоянно действующие) соединяют валы так, что их можно разъединить только после остановки машины и демонтажа муфты. МУФТЫ ГЛУХИЕ Не допускают относительного смещения между ведущей и ведомой частями муфт. Не уменьшают динамических нагрузок. втулочная фланцевая продольно – свертная Необходима строгая соосность валов при монтаже!!!! МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ЖЕСТКИЕ Допускают относительное смещение между ведущей и ведомой частями муфт. Динамические нагрузки не уменьшают. зубчатые цепные кулачково-дисковые МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УПРУГИЕ Допускают относительное смещение между ведущей и ведомой частями муфт. Обладает демпфирующей способностью, снижают динамические нагрузки. втулочно пальцевые с резиновой звездочкой с торообразной оболочкой При соединении валов эти муфты способны компенсировать незначительные смещения: 1. осевое смещение 2. радиальное смещение 3. угловое смещение МУФТЫ СЦЕПНЫЕ САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ Предназначены для соединения или разъединения валов при остановке или даже при работе машины с помощью механизмов управления. МУФТЫ СИНХРОННЫЕ СЦЕПНЫЕ кулачковые зубчатые Допускают безударное включение только при равных угловых скоростях ведущей и ведомой полумуфт!!! МУФТЫ АСИНХРОННЫЕ СЦЕПНЫЕ Фрикционная . Обеспечивает возможность плавного сцепления ведущего и ведомого валов под нагрузкой. МУФТЫ СЦЕПНЫЕ САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ МУФТЫ ОБГОННЫЕ Служат для передачи вращающего момента только в одном направлении, когда угловые скорости полумуфт равны. роликовая муфта свободного хода Если угловая скорость ведомой полумуфты превысит угловую скорость ведущей муфты, то автоматически разъединит соединенные механизмы. МУФТЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ Служат для автоматического соединения и разъединения валов при достижении определенной частоты вращения. колодочная муфта Под действием центробежных сил колодки прижимаются к ведомой полумуфте и приводят ее во вращение. МУФТЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ Обеспечивает отключение привода при увеличении вращающего момента выше допустимого значения. шариковая При перегрузке сумма осевых составляющих сил на шариках превышает прижимную силу пружин и муфта срабатывает. РАСЧЕТ МУФТ Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент Т. Проектировочный расчет муфт не производят!!! Муфты подбирают по стандартам или каталогам либо проектируют по расчетному моменту: Тр = К·Т К – коэффициент режима работы муфты Т – номинальный вращающий момент (наибольшее из из длительно действующих) Проверочному расчету подвергают элементы муфт, обеспечивающие передачу вращающего момента (болты, штифты, пружины, упругие элементы . . .) Почти все муфты нагружают опоры, поэтому при проверочном расчете валов учитывают дополнительную радиальную нагрузку от муфты!!!