Р.А. Жилин Ю.Б. Рукин И.Ю. Кирпичёв
ВАЛЫ ПРИВОДОВ: ОСНОВЫ РАСЧЁТА
Учебное пособие
Воронеж 2009
ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»
Воронеж 2009
ВАЛЫ ПРИВОДОВ: ОСНОВЫ РАСЧЁТА
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
УДК 621.81.001.66
Жилин Р.А. Валы приводов: основы расчёта: учеб. пособие / Р.А. Жилин, Ю.Б. Рукин, И.Ю. Кирпичёв. – Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009. 226 с.
Рукин
Ю.Б., Жилин Р.А.,
Кирпичёв
И.Ю., 2009
Оформление.
ГОУВПО «Воронежский государственный
технический университет», 2009
Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для студентов механических специальностей 151001 «Технология машиностроения», 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением, 150202 «Оборудование и технология сварочного производства», 220402 «Роботы и робототехнические системы» всех форм обучения.
Предназначено для студентов второго курса очной формы обучения.
Курсовой проект оформляется согласно требованиям СТП ВГТУ 62-2007.
Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 2000 и содержится в файле Валы_основы_расчёта.doc.
Табл. 36. Ил. 113. Библиогр.: 8 назв.
Научный редактор д-р техн. наук, проф. В.А. Нилов
Рецензенты: кафедра технической механики ВГТА (зам. зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.Г. Егоров); канд. техн. наук, доц. Б.Б. Еськов
Введение
Вращающиеся детали (шкивы, зубчатые колеса) машин устанавливаются на осях или валах, которые обеспечивают постоянное положение их оси вращения (рисунок 1).
Оси – детали машин, которые служат лишь для поддержания вращающихся на них деталей. Они не передают полезного крутящего момента и работают только на изгиб.
Валы в отличие от осей не только поддерживают вращающиеся детали, но и передают по всей длине или на отдельных участках крутящий момент.
Как и оси, валы передают на опоры силы, возникающие в передачах (например, силы в зацеплении зубчатых колес и т.д.), при этом они подвержены действию изгибающих моментов.
Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали (карданные валы автомобилей, валки прокатных станков и др.) поэтому работают только на кручение.
Рисунок 1 – Типовая конструкция вала в сборе
Валы подразделяются (рисунок 2):
а) по назначению – валы передач, на которых устанавливаются зубчатые колеса, звездочки, муфты и др. детали передач и коренные валы, несущие кроме деталей передач рабочие органы машин – колеса или диски турбин, кривошипы, маховики и др.;
б) по форме геометрической оси – прямые и коленчатые;
в) по форме сечений – гладкие, шлицевые и профильные.
Прямые валы подразделяются на валы постоянного диаметра (трансмиссионные, судовые); валы ступенчатые (большинство валов); валы с фланцами для соединения по длине, а также валы с нарезанными шестернями или червяками; полые валы.
Рисунок 2 – Типы осей и валов: прямая ось (а), ступенчатый вал (б), коленчатый вал (в), гибкий вал (г), полый вал (д)
Форма вала по длине определяется распределением нагрузок по длине, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов; условиями восприятия осевых нагрузок и условиями технологии изготовления и сборов.
Форма вала по длине определяется распределением нагрузок по длине, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, а также условиями восприятия осевых нагрузок и технологией изготовления и сборки. Эпюры моментов по длине вала неравномерны, крутящий момент обычно передается не на всей длине, изгибающие моменты на опорах вала равны нулю. Поэтому целесообразно конструировать валы переменного сечения, приближающимися к телам равного сопротивления. Помимо этого ступенчатая форма валов значительно облегчает изготовление и сборку.
В авиа- и вертолетостроении при жестких требованиях к массе конструкции очень широко применяют полые валы (рисунок 3).
а
б
в
Рисунок 3 – Полые вала летательных аппаратов
На рисунке 4 приведен
график зависимости момента сопротивления
W равнопрочных на
изгиб и кручение цилиндрических деталей
от толщины стенок (с – отношение
внутреннего и наружного диаметров
)
и постоянно заданной массы детали [19].
Рисунок 4 – Моменты сопротивления полых валов
График свидетельствует о преимуществах пустотелых тонкостенных конструкций. При с = 0,9 момент сопротивления детали увеличивается в 4,5 раза, а при с = 0,95 – в 6 раз по сравнению с цельной, массивной деталью. Увеличение относительного размера наружных диаметров с одновременным введением внутренних полостей и отверстий (полые валы) приводит к резкому возрастанию показателей прочности и жесткости при одновременном уменьшении массы детали.
Полый вал с отношением внутреннего и наружного диаметров c = 0,75 при равной прочности и жесткости получается легче сплошного на 50%.