Під стрижнем розуміється тіло, один з вимірів якого (довжина) набагато більше двох інших. Різні ділянки цього стрижня відчувають складне опір, яке не скрізь однаково. У найзагальнішому випадку опору в поперечному перерізі можемо виявити 6 компонентів внутрішніх силових факторів: три моменти щодо кожної з координатних осей (МХ, Му і Мz) і три сили (Qx, Qy і N), спрямовані вздовж цих осей (див. Рис. 2). З них моменти Мх і Му - згинальні, Мz = Mк - крутний, Qx і Qy - поперечні сили і N - поздовжня сила.
Для складання рівнянь, що характеризують внутрішні силові фактори, необхідно провести дослідження по окремих дільницях стрижня, попередньо обравши систему координатних осей. Найзручніше осі вибрати так, щоб одна з них збігалася з віссю стержня, а дві інших були в площині поперечного перерізу. Поздовжню вісь стрижня обозначімOz. ОсіOyіOxсовместім з площиною поперечного перерізу. Показавши систему осей на одному з горизонтальних ділянок, перехід до зображення на інших здійснюємо поворотом осей, зберігаючи завжди праву систему (поворот осі ОХ до осі ОУ на прямий кут - при погляді на неї з позитивною осі Оz- слід проводити проти годинникової стрілки).
Домовимося позитивним вважати згинальний момент, при якому стислий волокно звернено в бік позитивного напрями цієї осі (для МХ - осі Оу і т.д.). Знак для крутного моменту встановимо позитивним, якщо момент спрямований за годинниковою стрілкою при погляді на нього з позитивного напрямку осі Оz; знак поперечної сили - позитивним при збігу її напрямки з позитивною віссю і знакN- позитивним при розтягуванні.
Вали є відповідальними деталями всіх машин. На валах і осях розміщують обертають деталі: зубчасті колеса, шківи, барабани і т.п. Вал передає крутний момент від однієї деталі до іншої. Сучасний розрахунок валів складається з розрахунку на міцність матеріалу при змінних напругах з урахуванням концентрації напруг і інших факторів, що впливають на усталочную міцність, і перевірки по пружним коливанням і допускаються деформацій.
Переважна більшість валів має пряму вісь і дві опори. Вали з вигнутою віссю (колінчасті) і Многоопорная (статично невизначені) принципово розраховуються так само, проте розрахунок останніх буде складніше через наявність в валах просторової осі і статично невизначеної конструкції.
Основні вимоги пред'являються до валів, такі: механічна міцність, жорсткість, довговічність, доцільна конструктивна форма і технологічність виготовлення при мінімальних витратах матеріалу. Отримати остаточні розміри вала прямим розрахунком неможливо. Тому розрахунок ведеться попереднім підбором з подальшою перевіркою прийнятих розмірів.
2. Розрахункова частина
2.1. Складання розрахункових схем
Безпосередньо на вал все навантаження передаються через маточини закріплених на валу деталей (зубчасті колеса, шківи, підшипники і т. Д.) У вигляді сил, розподілених по посадкової площі і по робочим елементам шпонок і шліців. При розрахунку вала приймають, що навантаження від укріплених на ньому деталей передаються на вал у вигляді зосереджених сил і моментів (ріс.3,4,5). Навантаження прикладаються проти середини довжини робочого елемента деталі (середини зуба або середини обода шківа), але не на рівні середини маточини, т. К. Маточина може бути несиметрично щодо робочих елементів деталі.
Для розрахунку вала складаємо розрахункові схеми (ріс.3,4,5). Для цього всі сили, прикладені до укріпленим на валу деталей, розкладаємо на вертикальні горизонтальні складові і ці складові приводимо до осі вала. Причому, навантаження прикладаємо так, як вони за умовами завдання розташовані в просторі (рис.2).