Используемых для изготовления валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм, не более	Твердость НВ, не менее
МПа
Ст.5	Не ограничен
	То же
							0,1
							0,1	0,06
40Х	Не ограничен						0,1	0,05
							0,1	0,05
							0,1	0,05
40ХН	Не ограничен						0,1	0,05
40ХН							0,1	0,05
20Х							0,05
12ХНЗА							0,1	0,05
I2X2H4A							0,15	0,1
18ХГТ							0,15	0,1
30ХГТ	Не ограничен						0,1	0,06
							0,15	0,1
							0,2	0,1

Рис. 53. Конструкция вала по расчетной схеме, представленной на рис. 52

7. Сконструировать вал, пользуясь вычисленными линейными размерами, конструктивными и технологическими соображениями. Пример конструирования вала по расчетной схеме представлен на рис. 53. Анализ конструкции вала требует проверки его по коэффициенту запаса прочности по трем сечениям:

I - высокие изгибающие и крутящий моменты, концентратор напряжений в форме шпоночного паза;

II - силовые факторы, аналогичные I сечению; концентратор напряжения в форме канавки;

III - высокие изгибающие моменты; концентратор напряжения в форме канавки с галтелью.

8. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям для каждого из опасных сечений:

,

где - предел выносливости материала при изгибе (см. табл.46); - эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе (табл.47); β - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости 20мкм, =0,9-1,0; - масштабный фактор для нормальных напряжений (табл. 48); - амплитуда нормального напряжения; W=0,1d³ - момент сопротивления изгибу; - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений (см.табл. 46); - среднее напряжение; F_x. - осевая нагрузка в сечении.

Таблица 47

Значения и для стальных валов

		при , МПа	при , МПа
£1,1	1,19	1,22	1,22	1,24	1,05	1,06	1,09
£1,2	1,27	1,30	1,34	1,34	1,08	1,10	1,15
£2	1,32	1,36	1,36	1,40	1,10	1,14	1,20
	1,5	1,6	1,8	2,0	1,4	1,8	2,1
£1,18	1,53	1,56	1,58	1,68	1,14	1,21	1,29
£1,3	1,50	1,55	1,60	1,70	1,18	1,27	1,37
£1,45	1,55	1,59	1,63	1,73	1,19	1,28	1,38

Таблица 48

Значения масштабных факторов и

Сталь		Диаметр вала, мм
Углеродистая		0,92 0,83	0,88 0,77	0,85 0,73	0,82 0,70	0,76 0,65	0,70 0,59
Легированная		0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59

9. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по

касательным напряжениям:

,

где τ_-1 - предел выносливости материала при кручении (см.табл. 46);
- эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении (см. табл. 47); = 0,9-1,0; - масштабный фактор касательных напряжений (см. табл. 48); - амплитуда циклов и среднее касательное напряжений; Т - крутящий момент; - полярный момент сопротивления; - коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла (см.табл. 46).

10. Определить коэффициент запаса усталостной прочности по каждому из опасных сечений

.

11. Провести сравнение S [S], где [S] - допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности: [S]= 2,5-3 - для валов редуктора с неограниченным ресурсом;[S]= 1,7 - для прочих валов:

- если "да", то расчет окончен;

- если "нет", то перейти к блоку № 8 (см.рис.51).

При недостаточном коэффициенте запаса прочности:

- изменить конструкцию вала с целью увеличения запаса прочности (например, увеличить диаметр вала);

- выбрать другой материал с повышенными механическими характеристиками и расчет провести с блока № 6.

Приведенные допускаемые коэффициенты запаса усталостной прочности предполагают неограниченную долговечность работы вала, что существенно увеличивает их металлоемкость.Проблема обеспечения заданного уровня надежности при проектировании является одной из ключевых в повышении конкурентоспособности отечественных машин. Однако проблеманадежности для отдельных специальностей выходит за программу настоящего курса и рассматривается в качестве отдельного предмета. При необходимости проведения такого рода расчетов в инженерной практике или при выполнении дипломной работы рекомендуется использовать литературу, приведенную в списке с грифом«Надежность».

6.1.2. Конструирование валов

Форма вала зависит от конструктивного построения механизма, от располагаемых на нем деталей, от величины и направления действия нагрузки и особенностей сборки. Валы следует конструировать с минимальным числом уступов, но так, чтобы каждая насаживаемая деталь проходила до своей посадочной поверхности, не повреждая других (рис.54). Рекомендуется принимать такую разность диаметров ступеней вала, чтобы при сборке можно было насадить деталь, не вынимая шпонку, установленную в ступень с меньшим диаметром.

Радиус галтели и фаски Размер фаски

	Размеры в мм		Размеры в мм
d	rmax	f	d	c
Cв18 до30	1,6		18….30	1,6
30…50		2,5	35...50
50…80	2,5		50…80	2;2,5
80...120			80…120	2,5; 3