Составление расчетной схемы вала

При расчете валов на прочность существуют три основных вида расчетов:

– предварительный (ориентировочный);

– проектировочный (приближенный);

– проверочный (уточненный).

Основным видом является проектировочный расчет на прочность, в котором учитывается совместное действие изгиба и кручения и опреде­ляются размеры валов в опасных сечениях. Сначала составляется расчетная схема редуктора (рис. 17), на которой указываются на­прав­ления вращения валов (), диаметры делительных окруж­но­стей () и усилия в зацеплениях зубчатых передач (окружное ; радиальное ; осевое ). Векторы этих сил проведены из полюсов зацеплений () в направлениях, завися­щих от углов наклона зубьев и от направлений вращения зубчатых колес. На расчетной схеме редуктора (см. рис. 17), изображенной в двух проекциях со стороны консольного конца входного вала I, условно принято направление вращения вала I против часовой стрелки () с одинаковым направле­нием углов наклона зубьев обеих передач редуктора (на рис. 17 пока­зано тремя парал­лельными наклонными линиями на колесах передач). Определение значений этих углов было рассмотрено в лабораторной работе №3. Затем редуктор разбирается, производится измерение основных конструктивных параметров каждого вала в сборе, и со­ставляются их конструктивные (компоновочные) схемы по образцам, приведенным на рис. 18, 19, 20, в масштабе 1: 2. На этих схемах в верхней размерной цепи каждого вала проставляются размеры его конструктивных элементов в осевом направлении , определенные с помощью штангенциркуля и линейки, а в нижней раз­мерной цепи указываются размеры между осями симметрии тех эле­ментов конструкции – цапф, посадочных мест деталей передач, вы­ход­ных концов и др., в которых действуют силы, создающие изгибающие и крутящие напряжения в теле вала. Размеры между этими осями симметрии a, в, c впоследствии на расчетной схеме будут плечами a, в, c с соответствующими для каждого вала индексами, создающими изги­баю­щие моменты в различных участках валов от сил в зацеплениях (, , ) и от сил в деталях на консольных участках (). Каждый вал изображается в своих опорах: входной – в опорах А и В, проме­жуточный – в опорах С и D и выходной – в опорах Е и F. Одна из опор каждого вала принимается шарнирно-подвижной, другая – шар­нирно-неподвижной. Вследствие неизбежной несоосности валов, соединяе­мых муфтами, валы на расчетной схеме нагружают консоль­ной силой , которая направляется так, чтобы она увеличивала напряжения и деформации от окружной силы (худший случай).

На расчетной схеме каждого вала силы , , изображены раз­дельно в вертикальной (плоскость Y) и горизонтальной (плоскость X) плоскостях. При этом возникают пары сил (моменты), равные:

и .

Здесь – диаметр делительной окружности шестерни.

Рис. 17. Расчетная схема двухступенчатого редуктора с косозубыми передачами:
I – входной (ведущий) вал с полумуфтой в опорах A и B;
II – промежуточный вал в опорах С и D; III – выходной (ведомый) вал
с конической шестерней в опорах E и F;
П₁, П₂, П₃ – полюса зубчатых зацеплений

Рис. 18. Схема для расчета ведущего вала (вал I):
а – компоновочная схема вала I в сборе; б – общая расчетная схема вала I;
в – расчетная схема сил в вертикальной плоскости;
г – расчетная схема сил в горизонтальной плоскости

Рис. 19. Схема для расчета промежуточного вала (вал II):
а – компоновочная схема вала II в сборе; б – общая расчетная схема вала II;
в – расчетная схема сил в вертикальной плоскости;
г – расчетная схема сил в горизонтальной плоскости

Рис. 20. Схема для расчета выходного вала (вал III):
а – компоновочная схема вала III в сборе;
б – общая расчетная схема вала III;
в – расчетная схема сил в вертикальной плоскости;
г – расчетная схема сил в горизонтальной плоскости

Таблица 17

Итоговая таблица результатов по определению
конструктивных и расчетных параметров

№ п/п	Параметры валов в сборе	Обозна­чения	Результаты, мм
Вал I	Вал II	Вал III
	Диаметры делительных окружностей шестерен (из лабораторной работы №3)
	Длины конструктивных элементов валов в осевом направлении
	Расчетные длины плеч изгибающих моментов	a в c
	Расстояние между опорами	L

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен быть оформлен в соот­ветствии с общими требованиями. Также в отчете должны быть пред­ставлены:

1. Расчетная схема двухступенчатого редуктора по образцу, приве­денному на рис. 17.

2. Схемы для расчета входного, промежуточного и выходного валов редуктора по образцам (см. рис. 18, 19, 20).

3. Итоговая таблица результатов по определению конструктивных и расчетных параметров по образцу табл. 17.

Контрольные вопросы

1. Как называются и для чего предназначены основные элементы конструкции ступенчатого вала?

2. Как и зачем составляются конструктивные (компоновочные) схемы валов?

3. Как и зачем составляются расчетные схемы нагружения валов?