Проектування валу, який може витримати комбіновані умови завантаження, вимагає розуміння типів стресів, залучених і як вони взаємодіють. Інженери використовують специфічні розрахунки для забезпечення міцності вала і довговічності під різними силами.

Види навантажень на вал

Відтінки часто відчувають одночасно декілька типів навантажень, включаючи стирання, вигин і осьові сили. Кожне навантаження сприяє загальному напруженню, що проходить в шахті.

Розрахунок комбінованих стресів

Для визначення максимального стресу інженери розраховують індивідуальні напруження від крутості, вигину та осьових навантажень. Потім їх поєднують за принципом суперпозиції. Поєднане напруження перевіряється на допустимі межі матеріалу.

Приклад розрахунку

Надаючи вал відчувається напруженому зсувному стресі 50 МПа, вигину стресу 30 МПа, а осьове навантаження 20 МПа. Вирівнюється рівновага за критерієм фону Місес:

σb + σ ]] ]b + σ ]])2 + 3τ2]

Де:

  • σб = вигин напруги = 30 МПа
  • σa = осьовий стрес = 20 МПа
  • τ = зсувний стрес = 50 МПа

Розрахунок:

σ]equivalent = √[(30 + 20)2 + 3(50)2] = √[502 + 3×2500] = √[2500 + 7500] = √10000 = 100 МПа

Матеріал шахти повинен мати допустимий стрес, більш ніж 100 МПа, щоб забезпечити безпеку під цими комбінованими навантаженнями.