Критерії працездатності та розрахунку

Основні критерії працездатності валів і осей – міцність і жорсткість. Задачами розрахунку є забезпечення об'ємної міцності, обмеження величини деформації згину та кручення. З огляду на те, що розрахунок і конструювання – процеси взаємозалежні і взаємовпливові, необхідні розміри визначають у два етапи.Перший етап – попередній розрахунок на статичну міцність: основні розміри визначають при знижених значеннях допустимих напружень; на підставі отриманих розмірів розробляють конструкцію вала. Другий етап – перевірочний розрахунок на опір утоми, тому що при обертанні валів і осей навіть постійні за напрямком і величиною сили викликають змінні напруження. Визначають дійсні напруження, що виникають у матеріалі валів і осей із врахуванням прийнятих при конструюванні розмірів і форм деталей, співставляють ці напруження з допустимими і при необхідності вносять корективи з метою приведення фактичних запасів міцності до допустимих.

У ряді випадків, наприклад, при розрахунку невідповідальних конструкцій, можна обмежитися попереднім розрахунком на статичну міцність. В окремих випадках (при значній відстані між опорами, при розрахунку вала черв’яка) осі і вали розраховують не тільки на міцність, але і на жорсткість.

Причиною виходу з ладу деяких швидкохідних валів можуть бути коливання. Тому їх розраховують додатково на коливання.

Для розрахунку валів і осей складають розрахункову схему. Вали та осі розглядають як балки на шарнірних опорах із прольотом, рівним відстані між підшипниками (рис. 1.7, а). Якщо в опорі встановлюється два підшипники, реакція на вал зміщується на l/3 (рис. 1.7, б). При невеликій довжині підшипників ковзання опорні реакції приймають прикладеними посередині їхньої довжини, при широких несамовстановлювальних підшипниках ковзання – на відстані 0,25...0,3 довжини підшипника, але не більше половини його діаметра, від кромки з боку навантаженого прольоту. Для нерухомих осей кожна окрема опора приймається як защемлення або як шарнір, у залежності від конструкції опори.

Рис. 1.7

Величину і напрямок зовнішніх сил і моментів, що діють на вали, визначають у залежності від типу та конструкції передач. За розрахункове приймають найбільше навантаження, що виникає при експлуатації з урахуванням динамічних впливів. Зазвичай приймають, що деталі передають валам і осям сили та моменти посередині своєї ширини.

При розрахунку осей і валів на міцність і жорсткість власну їхню масу, масу розташованих на них деталей (за винятком важких маховиків і т. п.), а також силитертя в опорах не враховують.