ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прочность валов и осей (Р. М. ШнейдероПрочность валов в зависимости от конструктивных и технологических факторов из "Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность Изд3 " Валы предназначены для передачи крутящего момента от одной вращающейся детали машины к другой. Валы несут на себе детали механизма и поэтому в зависимости от конструкции работают или на совместное действие изгиба и кручения (основной случай) или на кручение. [c.314] Выносливость вала в большой степени зависит от конструктивного оформления мест перехода от одного диаметра к другому и мест расположения шлицев, пазов, отверстий и др. Это объясняется тем, что в указанных местах возникает концентрация напряжения изгиба и кручения. [c.314] По данным статистики выхода из строя вагонных осей случаи отбра- ковки осей распределяются в зависимости от причин следующим Образом (за 100% принято общее количество бракуемых осей) по предельному износу шеек 40% по трещинам в шейках 5% по трещинам в подступичной и средней частях оси 40% прочие 15% т. е. в связи с усталостными явлениями отбраковывается не менее 40% осей. [c.314] Для повышения выносливости валов применяют различные конструктивные приемы и меры технологического упрочнения. [c.314] Улучшение конструкции достигается применением более рациональной формы, обеспечивающей снижение концентрации напряжений в местах перехода от одного сечения вала к другому. [c.314] Радиус галтели в месте перехода от диаметра d к диаметру D следует делать возможно большим, так как коэффициент концентрации напряжения увеличивается с уменьшением отношения радиуса галтели г к диаметру вала d (оси). При величине г/а менее 0,1 возникает значительная концентрация напряжений (с коэффициентом 2 и выше). [c.314] С целью снижения концентрации напряжений применяют также эллиптические галтели, и галтели, очерченные по двум сопряженным круговым дугам. Когда необходимо иметь малые радиусы галтелей,рекомендуется делать поднутрение вала в уступ (рис.1, а) или ставить дистанционное кольцо (рис. 1, б), что позволяет использовать поднутрение для выхода шлифовального круга. [c.314] На рис. 1, S и 3 показаны два типа шпоночных пазов при выполнении паза пальцевой фрезой переход получается резким и коэффициент концент-pai HH напряжений изгиба значительно выше, чем при выполнении паза дисковой фрезой (переход имеет плавную форму. [c.314] Крепление деталей на валу с помощью стопорных винтов, установочных гаек, упругих (врезных) колец и т. п. увеличивает концентрацию напряжений, а следовательно, снижает выносливость вала. Поэтому следует избегать таких способов крепления, заменяя их осевым креплением. [c.314] В тех случаях, когда на валу необходимо иметь отверстия под стопорные (установочные) винты или штифты или резьбу, канавки под упругие кольца и т. п., следует принимать всевоз-, можные меры для снижения концентрации напряжений в этих местах. [c.314] В отверстие бронзовую (из материала с меньшим модулем упругости) втулку. Эти меры приводят к снижению концентрации напряжений на 20—40% и более. [c.315] Резьба — сильный концентратор напряжений. Коэффициент концентрации напряжений в резьбе существенно зависит от радиуса закругления во впадине между витками. Поэтому для высоко напряженных валов, если вообще нельзя избежать применения резьбы, рекомендуется применять специальную резьбу с большим радиусом закругления. [c.315] Причиной концентрации напряжений может быть также местный износ, возникающий в результате трения при переменных деформациях изгиба или кручения, при наличии давления на поверхность вала края насаженной на него детали. При этом концентрация напряжений оказывается особенно сильной в тех случаях, когда деталь посажена на вал с натягом и когда соединение работает под нагрузкой. [c.315] Для снижения концентрации напряжений у края посаженной детали применяют разгружающие выточки (рис. 1, (5). С этой же целью делают фасонные втулки, утоняющиеся к концам (рис. 1, е). Эти меры позволяют снизить концентрацию напряжений на 15—25 %. [c.315] Оптимальная толщина края ступицы у выточки (рис. 1,д)составляет 0,05й. Более толстый край ступицы не обеспечивает достаточного снижения концентрации напряжений, а слишком тонкий край приводит к излишне высокой концентрации давлений в сечении по дну выточки. [c.315] Заметное влияние на выносливость вала оказывает чистота его поверхности в опасных сечениях, особенно в местах концентрации напряжений. [c.315] Разрушение коленчатых валов обычно носит отчетливо выраженный усталостный характер, в связи с чем вопросы концентрации напряжений в коленчатых валах имеют существенное значение. [c.315] Общая неравномерность распреде- ления напряжений в коленчатых валах связана со сложностью их формы. Резкое изменение направления геометрической оси вала приводит к концентрации силового потока в углах перехода от щеки к шейке и к неравномерному распределению напряжений. Наклонные щеки выравнивают направление силового потока (рис. 2, 3), но повышают общую напряженность вала, а также увеличивают продольный габаритный размер двигателя, вследствие чего не всегда могут быть использованы. [c.315] Местные напряжения в зонах сопряжения шеек и щек, около отверстий для смазки и т. д. в совокупности с общей неравномерностью распределения напряжений приводят к существенному повышению напряжения в зонах концентрации по сравнению с номинальными. В связи с этим большое значение приобретает выбор рациональной конструктивной формы вала. [c.316] Простейшая конструкция кованого или штампованного колена вала со сплошными коренными и шатунными шейками и прямоугольными щеками показана на рис. 4, а. Такую конструкцию вала применяют, когда нагрузки ыа вал невелики и когда вес не имеет существенного значения. Прочность таких валов сравнительно низка из-за большой концентрации напряжений в местах сопряжения шеек со щеками, а также из-за остаточных напряжений, возникающих при термообработке и правке. [c.316] Вернуться к основной статье