Obciążenia wałów

Pierwszą czynnością, przeprowadzaną podczas projektowania wału jest określenie jego obciążeń. Obciążenie wału wynika bezpośrednio z jego przeznaczenia, a więc usytuowania względem współpracujących z nim elementów oraz charakteru pracy tych elementów i samego wału. Najczęściej wał jest obciążony momentem skręcającym, przeniesionym na wał poprzez sprzęgło lub umieszczone na wale koło oraz siłami przenoszonymi na czopy wałów, pochodzącymi z innych współpracujących elementów. Obciążenia te są zazwyczaj zmienne co do wartości i kierunku działania.

W celu umiejscowienia poszczególnych obciążeń pomocne jest sporządzenie schematu wału usytuowanego w układzie kartezjańskim z naniesionymi nań elementami współpracującymi.

Na rysunku pokazano przykładowy wał z osadzonymi na nim dwoma kołami oraz dwoma podporami, które będą stanowiły ułożyskowanie wału. Przyjmijmy teraz założenie, że oba koła są kołami przekładni zębatej walcowej o zębach skośnych, oraz że mniejsze koło stanowi napęd dla wału. Jeżeli żadne inne elementy konstrukcyjne, poza wymienionymi, nie przenoszą obciążeń na wale, można przyjąć, że całe obciążenie wału z mniejszego koła będzie odbierane przez koło większe. Oczywiście nie da się uniknąć pewnych strat tarcia w ułożyskowaniach, ale są one pomijalnie małe.

Zazębienie przekładni walcowej o zębach skośnych jest obciążone w miejscu styku zębów (przyjmijmy, że usytuowanym na obwodzie kół). Jeżeli pominie się szerokość kół (przypadki, w których nie można pominąć szerokości kół podano tutaj>), można to obciążenie sprowadzić do siły skupionej, której kierunek zależy od kształtu zębów oraz wielkości i kierunku ich pochylenia. Ze względu na zastosowany układ współrzędnych siłę taką rozkłada się następnie na trzy siły składowe, o kierunku działania zgodnym z kierunkiem osi układu.

W ten sposób uzyskano zestaw sił działających poprzez mniejsze z kół (Pm) oraz większe (Pw). Ponieważ siły te nie są usytuowane w osi wału, dlatego też powodują one również momenty skręcające wał (od sił Pm_Z i Pw_Z) i zginające wał (od sił Pm_X i Pw_X oraz Pm_Y i Pw_Y). Podobnie postępuje się w przypadku obciążeń spowodowanych innymi elementami konstrukcyjnymi.

Po określeniu obciążeń wału można przystąpić do wyznaczenia reakcji w czopach podporowych wału