4.6.2. Расчёт опасного сечения

Для расчета валов и осей необходимо вычислить изгибающие и крутящие моменты в опасных сечениях. Поскольку действующие на вал наг­рузки в общем случае расположены в различных плоскостях, их следует разложить на составляющие, лежащие в двух заранее выбранных вза­имно перпендикулярных плоскостях. Причем за одну из таких плоскостей целесообразно выбрать плоскость, в которой уже лежат несколько или хотя бы одна из действующих сил. После этого можно найти составля­ющие реакции опор и построить эпюры изгибающих и крутящего момен­тов.

Поясним это на примере расчёта промежуточного вала двухступенчатого трехосного редуктора (рис. 24). Аксонометрическая схема этого вала и действующих на него нагрузок показана на рис. 24,а. Схема нагружения и эпюры соответствующих моментов представлены на рис. 24,б,в. Один из вариантов конструктивного оформления проекти­руемого вала на рис. 24,г.

Для определения результирующего изгибающего момента моменты во взаимно перпендикулярных плоскостях складываются геометрически

	а) б) в) г)
Рис. 24. Схема нагружения вала

.

Эквивалентный момент в сечениях, где действуют изгибающий и кру­тящий моменты, определяют по формуле

.

Имея эти данные можно рассчитать диаметры вала (оси) во всех характерных точках по длине вала (оси):

диаметр сечения оси (вала), работающего на изгиб, определяется расчетом на изгиб

;

диаметр сечения вала, работающего на изгиб и кручение

,

где .

Определив диаметры в различных сечениях, можно построить тео­ретически наивыгоднейшее очертание вала (оси), а затем разработать и реальную его конструкцию с учетом технологических требований

Чаще всего производят определение диаметра вала (оси) в опасном сечении, которое определяется эпюрами моментов, размерами сечений вала и концентрацией напряжений. В нашем примере таким опасным се­чением будет место расположения шестерни тихоходной передачи. Так как в этом сечении действует и изгибавший и крутящий моменты, то расчет его производится по эквивалентному моменту, т.к.

.

После этого расчета, исходя из технологических условий, намечается конструкция вала. При этом следует помнить, что размеры цапф и шеек зависят не только от условий прочности, но и от размеров подшипников, условий их работы и технологии сборки узла.

4.7. Проверочные расчеты валов и осей

Из критериев прочности для большинства валов (осей) современных быстроходных машин решающее значение имеет выносливость, поскольку напряжения в валах и вращающихся осях имеют циклически изменяющийся характер. Усталостные разрушения составляют до 40 %  50 % случаев выхода валов из строя.

Лишь для очень тихоходных валов, работающих с большими перегрузками, и неподвижных осей может оказаться более опасной недостаточ­ная статическая прочность. Во всяком случае при выполнении расчета прочности валов и осей следует учитывать возможность их выхо­да из строя как в результате усталостных повреждений, так и поте­ри статической прочности при единичных пиковых перегрузках.