Материал: Расчет и конструирование валов. методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Детали машин и основы конструирования». Демидов А.В

Рис. 12. Эпюры изгибающих моментов

Рассмотрим силы в вертикальной плоскости YOZ на 2-ом участке (Рис. 12). Здесь 0 z L.

Cоставляем уравнения равновесия относительно произвольно выбранного сечения в виде суммы моментов для сил находящихся справа от сечения на 2-ом участке вала:

M у R B y z ;

Подставляем в получившеюся зависимость границы интервала 2-го участка вала:

При z = 0 имеем:

Mу = R B y 0 0.

При z = L имеем:

Mу = R B y L 484 100 = 48400 (Н мм).

Рассмотрим силы в горизонтальной плоскости XOZ на 1- ом участке (Рис. 12). Здесь 0 z L.

21

Cоставляем уравнения равновесия относительно произвольно выбранного сечения в виде суммы моментов для сил находящихся слева от сечения на 1-ом участке вала:

Mx R A x z ;

Подставляем в получившеюся зависимость границы интервала 1-го участка вала:

При z = 0 имеем:

Mx = R A x 0 0.

При z = L имеем:

Mx = R A x L 900 100 = 90000 (Н мм).

Рассмотрим силы в вертикальной плоскости XOZ на 2-ом участке (Ошибка! Источник ссылки не найден.2). Здесь 0 z L.

Cоставляем уравнения равновесия относительно произвольно выбранного сечения в виде суммы моментов для сил находящихся справа от сечения на 2-ом участке вала:

M у R B y z ;

Подставляем в получившеюся зависимость границы интервала 2-го участка вала:

При z = 0 имеем:

Mу = R B y 0 0.

При z = L имеем:

Mу = R B y L 484 100 = 48400 (Н мм).

Определяем суммарный изгибающий момент в наиболее нагруженном сечении:

Mи M2x M2y 900002 484002 102189 (Н мм) ,

где Mx и My – изгибающие моменты в горизонтальной и вертикальной плоскостях (см

Рис. 2).

22

Рис. 23. Определение изгибающих моментов

вгоризонтальной и вертикальной плоскостях

5.Определим коэффициент запаса усталостной прочности. Коэффициент запаса прочности определим в опасном сечении. В качестве опасного сечения рассмотрим место перехода ступени вала под колесом с галтелью (см Рис. 34).

Рис. 34. Опасное сечения вала Материал вала задан по условию задачи. Для такого ма-

териала предел прочности в находим по справочной таблице (табл. 2). В нашем случае для Стали 45: в = 560 МПа.

Таблица 2

Механические характеристики материалов

Определяем пределы выносливости в расчетном сечении вала (для гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения):

23

1 0.43 в 0.43 560 240.8 (МПа)

1 0.58 1 0.58 240.8 139.6 (МПа)

Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу (поэтому m = 0, см Рис. 45), при котором амплитуда напряжений а равна расчетным напряжениям изгиба и:

a и Mи 102189 16 (МПа) , Wи 6400

где Ми - суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении;

Wи - осевой момент сопротивления сечения вала: Wи = 0.1 dк3 = 0.1 403 = 6400 (мм3)

Для определения Wи круглого сплошного сечения вала при ступенчатом переходе принимают меньший из двух диаметров смежных ступеней.

Рис. 45. Симметричный цикл нормальных напряжений

Касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу (см Рис. 5), при котором амплитуда цикла а равна половине расчетных напряжений кручения к:

где Mкр - крутящий момент;

Wp - полярный момент инерции сопротивления сечения вала: Wp = 0.2 dк3 = 0.2 403 = 12800 (мм3)

Для определения Wp - круглого сплошного сечения вала при ступенчатом переходе принимают меньший из двух диаметров смежных ступеней.

24

Выбор отнулевого цикла для напряжения кручения (Рис. 56) основан на том, что большая часть валов передает переменные по значению, но постоянные по направлению вращающие моменты.

Рис. 5. Отнулевой цикл касательных напряжений

Определяем эффективные коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала. Они зависят от размеров сечения (все конструктивные размеры выбраны по табл. 6, см Рис. 6), механических характеристик материала (табл. 4):

K = 2.15 (при t/r = 7.5/2 = 3.75 и r/d = 2/40 = 0.05). K = 2.1

Рис. 6. Размеры вала в рассчитанном опасном сечении Находим значения масштабного фактора (см табл. 5):

= 0.85; = 0.75.

Определяем коэффициенты, характеризующие чувствительность материала вала к асимметрии цикла при изгибе и кручении (табл. 2):

= 0; = 0.

Назначаем коэффициент упрочнения:

1 - для валов с поверхностным упрочнением.

Вычисляем коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

25