Проверочный расчёт валов

Проверочный (уточненный) расчет вала производят в опасных сечениях, где действует максимальный изгибающий момент или имеются концентраторы напряжений (шпоночные канавки, галтели отверстия и т.д.). Расчет обычно производят в форме проверки коэффициента запаса прочности. С точки зрения обеспечения прочности вала, достаточно иметь коэффициент запаса прочности S порядка 1,7. Общий коэффициент запаса прочности определяют из выражения:

, (163)

где S_s – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

S_τ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям (определяется по формуле).

, (164)

где s_-1 – предел выносливости материала вала при симметричном цикле изгиба (определяется по формуле для углеродистой стали, МПа);

– предел прочности s_b (определяется по таблице 34).

К_s – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений для шпоночной канавки, – для галтелей и вытачек;

– масштабный фактор (принимается из таблицы 35);

b – коэффициент упрочнения, вводный для валов с поверхностным упрочнением: полированная поверхность b=1, шлифованная поверхность b=0,95…0,97, поверхность чисто обработанная резцом b=0,88…0,92;

– амплитуда цикла нормальных напряжений.

s_m – среднее значение цикла нормальных напряжений;

Если вал не испытывает осевой нагрузки (если ее действием пренебрегают), можно считать, что цикл изменения нормальных напряжений симметричный и s_m=0.

y_s – коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии напряжений для среднеуглеродистых сталей, y_s=0,05.

Можно считать, что нормальное напряжение изгиба в рассчитываемом сечении.

Таблица 34 - Механические свойства стали, применяемой для

Изготовления валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм			Термообработка
	до 100			Нормализация
100-300
300-500
	до 100			Нормализация
100-300
300-500
	до 100			Нормализация
100-300
300-500
	до 90			Улучшение
90-120
130-150

Таблица 35 – Значения коэффициента ξ

Вид деформации и материала	Диаметр вала
При изгибе для углеродистой стали	0,95	0,92	0,88	0,85	0,81	0,76	0,70	0,61
При изгибе для высокопрочной легированной стали и при кручении для всех сталей	0,87	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59	0,52

, (165)

, (166)

где t_-1 – предел выносливости материала вала при симметричном цикле кручения t_-1=0,58×s_-1, МПа;

К_t – эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении для шпоночной канавки К_t=1,4…2,1 при s_b=500…1000 Н/мм².

Поскольку крутящий момент, передаваемый валом, в большинстве случаев колеблется по величине, исходя из наиболее благоприятного случая знакопостоянного цикла, принимаем, что напряжение кручения изменяется по пульсирующему циклу, тогда

, МПа (167)

где W_R – момент сопротивления при кручении нетто, мм³.

Для вала со шпоночным пазом , мм³ (168)

где b – ширина шпонки, мм;

t – глубина паза, мм;

y_t=0 – для среднеуглеродистых сталей.

Для вала-червяка , мм³ (169)

где d_f1 – диаметр впадин червяка, мм.

После определения общего коэффициента запаса прочности его сравнивают с допускаемым значением, [S]=1,7…2,5.