Навантаження на вали, розрахункові схеми

Розрахунки міцності валу виконують за його розрахунковою схемою. При складанні розрахункової схеми вали розглядають як прямі балки, що лежать на шарнірних опорах: шарнірно-нерухомий, якщо вона сприймає осьові та радіальні сили; шарнірно-рухливий, якщо вона сприймає лише радіальні сили. Відстань між опорамиlПзалежить від розмірів валуl, типу та схеми встановлення підшипника, обраного в опору.

Мал. 9. Визначення відстані між точками застосування реакцій у підшипниках: а) – для схеми врозпір; б) - для схеми врозтяжку; в) – для радіальних підшипників

а) для радіальних підшипників точка застосування реакції лежить у середній площині підшипника (рис. 9, в):

б) для радіально-упорних підшипників точка застосування реакції зміщується від середньої площини підшипника і її положення визначається відстаннюa, виміряною від широкого торця навантаженого кільця (рис. 9, а, б):

для радіально-упорних шарикопідшипників

; (3, б)

для конічних роликопідшипників

; (3, в)

Тутd;D;B;T– геометричні розміри підшипників;a- кут контакту;е– коефіцієнт осьового навантаження.

Відстань між реакціями опор валу:

для радіальних (рис. 9, в) та радіально-упорних підшипників, встановлених за схемою враспор (рис. 9, а)

для радіально-упорних підшипників, встановлених за схемою врозтяжку (рис. 9, б)

Якщо в опорі встановлені два підшипники, то зазвичай припускають, що працюють обидва ряди тіл кочення підшипників і радіальна реакція прикладена посередині між ними.

Основними навантаженнями для валу є сили в зубчастих (черв'ячних) зачепленнях редуктора передач, консольні сили з боку відкритих передач(зубчастих, ремінних, ланцюгових) та муфт. На розрахункових схемах ці сили, а також моменти, що обертають, зображують як зосереджені, прикладені в серединах маточок. Вплив сил тяжіння валів і встановлених на них деталей нехтують.

Значення сил беруть із розрахунку передач чи визначають за формулами табл. 11 чи рис. П1-П10.

Напрям сил у зубчастих (черв'ячних) передачах залежить від напрямку обертання валів і напрямку лінії зуба (праве, ліве).Кільцева сила Ftу передачах спрямована по дотичній до ділильного кола: векторFtдля шестерні спрямований проти напрямку обертання, для колеса по напрямку обертання.Радіальна сила Frспрямована по радіусу до осей валів шестерні та колеса.Осіва сила Fаспрямована вздовж осі валу, напрям вектораFазалежить від напрямку обертання та лінії зуба коліс. Як і повний тиск, що діє на зуб, осьове зусилля спрямоване всередину зуба робочої поверхні.

Напрямокконсольної сили Fм приймають попередньо таким, щоб воно збігалося з напрямком дії окружної силиFt в зачепленні для колеса, розташованого на цьому валу (див. рис. П10).

Напрямокконсольної сили Fоп приймають перпендикулярним до осі валу у вертикальній або горизонтальній площинах (див. рис. П8, П9). Якщо у приводі передбачається похило положення передач гнучким зв'язком, то силуFоп потрібно розкласти на вертикальну і горизонтальну складові.

Порядок складання розрахункової схеми валу проміжного розглянемо з прикладу рис. П1 – для проміжного валу двоступінчастого циліндричного редуктора.

1. Побудувати кінематичну схему проектованого редуктора. Виберіть систему координат.

2. Визначити напрямок обертанняшвидкохідного валу редуктора в залежності від напрямків обертання двигуна або приводного валу машини (за завданням). Якщо для приводного валу напрямок обертання не заданий, то напрямок обертання двигуна можна вибрати довільно.

3. Вибрати напрямок гвинтової лінії коліс. Для зменшення результуючого (сумарного) осьового навантаженняFа в зачепленнях на проміжному валу слід вибирати напрямок зубів колеса швидкохідної передачі і тихохідної шестерні однаковими, т.к. при цьому векториібудуть направлені в різні боки.

4. Визначити значення сил у зачепленнях швидкохідної та тихохідної передач: значення сил прийняти з розрахунку передач або визначити за формулами рис. П1 ... П10.

5. Побудувати схему навантаження валів: визначити напрямок сил у зачепленнях швидкохідної та тихохідної передач відповідно до обраних напрямків гвинтової лінії зубів коліс та обертання валів.

6. Побудувати ескіз проміжного валу, де показати контури підшипників, колеса і шестерні передач редуктора.

7. Визначити лінійні відстані між точками докладання радіальних сил у зачепленнях та реакцій підшипників:

а) точку докладання радіальних сил у зачепленнях приймають посередині ширини шестерні та довжини маточини колеса;

б) точку застосування реакцій підшипників визначити з урахуванням типу та розмірів підшипника за формулами (3) (рис. 9);

в) визначити відстаньlміж торцями підшипників, за одним із варіантів: 1. Виміряти на листі ескізного компонування редуктора; 2. Визначити за формулами рис. П1…П10 залежно від схеми редуктора;

г) визначити за формулами рис. П1…П10 лінійні відстаніlп,l1,l2,l3 між точками докладання радіальних сил у зачепленнях іреакцій підшипників

8. Показати на ескізі валу сили в зачепленнях відповідно до прийнятої системи координат.

9. Для двох площин XOZ (горизонтальної) та YOZ (вертикальної) побудувати розрахункові схеми валу із зазначенням сил у зачепленнях (для цих площин) і попередньо прийняти напрямки реакцій в опорах (RAX,RAY,RBX,RBY).

---