Розрахунок валів на жорсткість

Для нормальної роботи механічних передач та підшипників валам потрібно надавати достатню жорсткість. Ступінь жорсткості валів характеризується такими параметрами: прогином вала y, кутом нахи­лупоперечного перерізу θ, кутом закручування вала φ. Прогини валів можуть спричинити перекоси зубців у зачепленні зубчастих коліс, кути нахилу перерізів валів – заклинювання підшипників, а закручування валів можуть зменшити точність ділильних механізмів та ін.

Умови достатньої жорсткості валів записують у вигляді:

y ≤ [y];      θ ≤ [θ];     φ ≤ [φ].              (11)

Допустимі пружні переміщення перерізів валів [у], [θ] і [φ] зале­жать від конкретних вимог до валів і беруть у кожному окремому випадку на основі досвіду експлуатації певних систем. Існують рекомендації щодо вибору допустимих пружних перемі­щень:

[у] ≈ 0,01 m – для перерізів валів під циліндричними зубчасти­ми колесами;

[у] ≈ 0,005 m – для валів конічних, гіпоїдних та черв'ячних глобоїдних передач (тут m – модуль зубців);

[у] = (0,0002...0,0003) · l – для валів загального призначення у верстатобудуванні (l – відстань між опорами вала);

[θ] ≤ 0,001 рад – для підшипників ковзання;

[θ] ≤ 0,01 рад – для радіальних кулькових підшипників;

[θ] ≤ 0,05 рад – для сферичних кулькових підшипників;

[φ] ≤ 5' на 1м довжини – для ходових валів важких верстатів;

[φ] ≤ 15...20' на 1м довжини – для трансмісійних валів меха­нізмів пересування мостових кранів.

Мале значення допустимих пружних переміщень перерізів валів вимагає визначати розміри вала не за умовою міцності, а за умовою жорсткості. Для двох схем навантаження валів значення прогинів та кутів повороту перерізів визна­чають за формулами табл. 4. Формули наведені для валів постій­ного перерізу діаметром d і осьовим моментом інерції   I = π · d⁴ / 64.   Цифрами 1, 2, 3 і 4 на схемах табл. 4 позначені номери перерізів вала.

Кути закручування валів постійного діаметра довжиною l визнача­ють за формулою

φ = T · l / (GI_p),                                  (12)

де φ – кут закручування, рад; G = 8 · 10⁴ МПа – модуль пружнос­ті при зсуві сталевого вала;   I_p = π · d⁴ / 32  – полярний момент інерції перерізу вала діаметром d. Якщо вал ступінчастий, то кут φ обчислю­ють для окремих ділянок, та підсумовують результат.

Типи зварних з’єднань і види швів

Зварний шов – ділянка зварного з'єднання, утворена внаслідок кристалізації металу зварювальної ванни або в результаті пластичної деформації при зварюванні тиском або поєднання кристалізації і деформації.

Зона термічного впливу – ділянка прилеглого до зварного шва основного матеріалу, яка не піддалася розплавленню, структура і властивості якої при зварюванні змінюються внаслідок нагріву та пластичної деформації.

Групи зварних швів

1. За положенням у просторі – нижні, горизонтальні, вертикальні, стельові. Найпростіші для виконання є нижні шви, найважчі – стельові.

2. За відношенням до діючих зусиль – флангові, торцеві (лобові), комбіновані та косі.

3. За довжиною – неперервні, переривчасті.

4. За ступеню опуклості – нормальні, опуклі та увігнуті.

5. За типом з'єднання – стикові і кутові (валикові).

Типи зварних з’єднань

А-стикові з'єднання; Б-кутові з’єднання; В-напускні з’єднання; Г-таврові з’єднання

Стикові з’єднання

Стикові з'єднання є найбільш розповсюдженими майже при всіх способах зварювання, тому що дають найменші власні напруження і деформації під час зварювання.

Стикові з'єднання в основному застосовують для конструкцій з листового металу. Вони потребують мінімальної витрати основного і наплавленого металу і часу на зварювання, можуть бути виконані рівноміцними до основного металу.

Напускні з’єднання

Напускні з'єднання застосовуються переважно при дуговому зварюванні будівельних конструкцій зі сталі товщиною не більше, ніж 10 – 12 мм. Вони не потребують спеціальної обробки кромок, окрім обрізки. Рекомендується зварювати листи з обох боків, у випадку одностороннього зварювання може відбутися потрапляння вологи в щілини між листами і подальше іржавіння в цьому місці.

Таврові з’єднання

Таврові з'єднання широко використовуються при дуговому зварюванні; виконуються без скосу кромок та зі скосами з одного чи обох боків. Вертикальний лист повинен мати достатньо рівно обрізану кромку. При односторонньому і двосторонньому скосі кромки вертикального листа між вертикальним і горизонтальним листами залишається зазор в 2 – 3 мм для кращого провару.

Кутові з’єднання

Кутові з'єднання застосовуються при зварюванні різним чином попередньо оброблених кромок листів. Зварювані частини розташовують під прямим або іншим кутом і зварюють по кромках. Такі з'єднання застосовуються переважно при зварюванні резервуарів, що працюють під незначним внутрішнім тиском газу або рідини.

Прорізні з’єднання

Прорізні з'єднання застосовують у випадку коли довжина нормального напускного шва не забезпечує достатньої міцності. Прорізні з'єднання бувають закритого чи відкритого типу. Проріз зазвичай виконують кисневої різкою.

Торцеві (бокові) з’єднання

В даному випадку листи з'єднуються своїми поверхнями і зварюються по суміжних торцях.

З’єднання з накладками

Даний тип з'єднання використовується у випадках коли з інших причин не можуть бути замінені стиковими або напускними з'єднаннями.

З’єднання електрозаклепками

За допомогою даного типу з'єднання отримують міцні, але не щільні з'єднання. Верхній лист просвердлюється і отвір заварюється так, щоб був захоплений нижній лист.

Загальні відомості та класифікація пасових передач

Загальні відомості

У найпоширенішій конструкції (Зобр. 1) пасова передача складається з ведучого (a) і веденого (b) шківів та замкнутої форми приводного паса (c,d), що розміщується на шківах із деяким попереднім натягом. Вільна ділянка (c) паса, що набігає на ведучий шків (a), називається ведучою віткою паса, а вільна ділянка (d), що набігає на ведений шків, називається веденою віткою. Попередній натяг паса створюється за рахунок його пружного розтягу при закладенні на шківи або застосуванням спеціального натяжного пристрою (ролика) (e). Під час роботи передачі пас передає енергію від ведучого шківа до веденого за рахунок сил тертя, які виникають між пасом та шківами.

Пасові передачі не забезпечують жорсткого зв'язку між шківами через можливість проковзування паса на шківах. Тому у кінематично точних приводних механізмах пасові передачі застосовують дуже рідко.

Пасові передачі переважно використовують для передавання потужностей у діапазоні 0,2–50 кВт. Зустрічаються також передачі для потужностей 500 і навіть 1500 кВт, проте застосування їх має унікальний характер.

Передавальні числа пасових передач допускаються до 5–6, рідше до 10.

Швидкість руху пасів у передачах загального призначення не перевищує 30 м/с. Спеціальні швидкохідні паси допускають при пониженій довговічності швидкості до 50 і навіть до 100 м/с.

ККД пасових передач різних типів становить близько 0,90–0,97.

Переваги та недоліки

У порівнянні із зубчастою передачею пасові передачі мають низку переваг і недоліків. Основні переваги пасової передачі:

• можливість передавання руху між валами, що знаходяться на значній відстані;

• плавність та безшумність роботи, які обумовлені еластичністю паса;

• запобігання різкому перевантаженню елементів машини внаслідок пружності паса та можливості його проковзування на шківах;

• простота конструкції, обслуговування та догляду в експлуатації;

• відносно високий ККД.

До недоліків пасової передачі належать:

• неможливість виконання малогабаритних передач (для однакових умов навантаження діаметри шківів майже у 5 разів більші, ніж діаметри зубчастих коліс);

• несталість передавального числа через можливе проковзування паса;

• підвищене навантаження валів та їхніх опор, що пов'язане із потребою достатньо високого попереднього натягнення паса;

• низька довговічність приводних пасів (у межах 1000–5000 год).

Класифікація

За формою поперечного перерізу приводного паса:

• плоскопасова;

• клинопасова;

• круглопасова;

• з поліклиновим пасом.

За розміщенням валів:

• відкрита;

• перехресна;

• напівперехресна:

• багатошківна з натяжним роликом.

Пасова передача може мати як постійне, так і змінне передавальне число (варіатор).

Окремо слід розглядати зубчасто–пасові передачі у яких плоский пас на внутрішньому боці має зубці трапецієвидної форми, а шківи – відповідні їм зубці на ободі. Така передача працює за принципом зачеплення, а не тертя. До пасових передач вона належить умовно тільки за назвою та формою тягового органу.