Валы и оси

Валы и подшипники

Материалы винта и гайки

Передачи с трением скольжения

Данные передачи имеют наибольшее распространение ввиду простоты устройства. Винты передач делятся на грузовые и ходовые. Грузовые предназначены для создания больших усилий (домкраты, прессы и т. п.). При реверсивном движении под нагрузкой применяют трапецеидальную резьбу, а при больших односторонних нагрузках – упорную. Для получения самотормозящей винтовой пары (домкраты) применяют однозаходные резьбы.

3.7.2 Передачи с трением качения или шариковые винтовые механизмы.

В таких механизмах между витками винта и гайки размещают шарики. При вращении винта шарики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в перепускной канал в гайке и возвращаются в полость между винтом и гайкой. Таким образом, перемещение шариков происходит по замкнутому каналу, соединяющему первый и последний витки резьбы гайки. Достоинства шариков винтовых механизмов: высокий КПД (до 0,9); возможность полного устранения осевого и радиального зазоров. Их применяют в механизмах подач станков с числовым программным управлением, механизмах подъёма и спуска шасси в самолётах и т. п.

Данные материалы должны иметь низкий коэффициент трения и повышенное сопротивление износу. Выбор марки материала зависит от назначения передачи и условий работы. Для уменьшения потерь на трение подбирают пару сталь-бронза. Винты передач без термообработки изготовляют из сталей 40Х, 40ХГ, 65Г и др., с закалкой винтов до твёрдости более 50HRC_э с последующим шлифованием резьбы. Гайки ответственных передач (высокие окружные скорости – υ=6…15 м/мин и нагрузки) изготовляют из оловянных бронз Бр010Ф1, Бр06Ц6С3 и др., а при работе с большим перерывом, а также при малых нагрузках и скоростях – из антифрикционного чугуна марок АВЧ-1, АСЧ-3, АЧК-2, или серого чугуна марок СЧ15, СЧ-20.

Зубчатые колёса, шкивы, звёздочки устанавливают на валах и осях.

Вал предназначен для поддержания сидящих на нём деталей и для передачи вращающего момента.

Ось предназначена только для поддержания сидящих на ней деталей. В машинах оси могут быть неподвижными, несущими на себе свободно вращающиеся детали, например ось блока (рисунок 28), и подвижными, вращающимися вместе с установленными на них деталями, например вагонная ось (рисунок 29).

Рисунок 28 - Ось блока.

Рисунок 29 - Вагонная ось.

1) По форме валы делятся на:

§ прямые;

§

§ коленчатые.

2) Прямые валы могут быть:

§ гладкими;

§ ступенчатыми.

3) По типу сечения валы бывают:

§ полые;

§ сплошные.

4.1.1 Проектный расчёт валов

При проектном расчёте определяют диаметр выходного конца вала на кручение

,

где M_к – крутящий момент, равен передаваемому вращающему моменту [Н×мм];

[t]_к – допускаемое напряжение на кручение, [t]_к=10…25 Н/мм².

4.1.2 Расчёт валов на усталостную прочность

Проверку на усталостную прочность производят по величине коэффициента запаса прочности

,

где [n] – требуемый запас прочности, [n]³2,5;

n_s - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям,

;

n_t - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям,

,

где s_-1, t_-1 – пределы выносливости при изгибе и кручении;

k_s, k_t - коэффициенты концентрации напряжения при изгибе и кручении;

e_s, e_t - масштабные коэффициенты при изгибе и кручении;

s_m, t_m – средние напряжения циклов;

y_s, y_t - коэффициенты, учитывающие влияние среднего напряжения на усталостную прочность.

4.1.3 Расчёт валов на статическую прочность

,

где s_э – эквивалентное напряжение;

[s]_пред – предельное допускаемое напряжение,

[s]_пред=0,8s_т,

где s_т – предел текучести.

,

,

где M_и, M_к – изгибающий и крутящий моменты в опасном сечении;

N_max – продольная сила в опасном сечении.

4.1.4 Расчёт валов на жёсткость

Рисунок 30 - Прогиб валов и повороты их сечений под зубчатыми колёсами и в подшипниках.

1) Изгибная жёсткость валов оценивается как f и q: f£[f], q£[q].

f и q определяются методами сопромата.

- зубчатые передачи;

- червячные передачи.

рад – подшипники качения;

рад – подшипники скольжения.

В большинстве случаев валы редукторов на жёсткость не проверяют. Исключение составляют валы червяков, которые всегда проверяют на изгибную жёсткость (из-за большого расстояния между опорами)

,

где l – расстояние между опорами, мм;

P – окружное усилие червяка, Н;

T – радиальное усилие червяка, Н;

E – модуль упругости материала, E=2×10⁵ Н/мм²;

J – приведённый осевой момент инерции сечения, мм⁴.

2) Крутильная жёсткость вала оценивается углом закручивания j на единицу длины

,

где M_к – крутящий момент, Н×м;

G – модуль сдвига, Н/м² (для стали G=8×10⁸ Н/м²);

J_p – полярный момент инерции, м⁴ (для круглого поперечного сечения J_p=0,1×d⁴);

[j₀] – допускаемый угол закручивания вала на 1 м длины, рад/м (для стали [j₀]=(5…22)×10^-3 рад/м).