4.4.2 Рекомендации по выбору конструкции валов

Валы и аналогичные им по конфигурации детали (стойки, оси, крышки) представляют собой тела вращения цилиндрической формы и изготавливаются механической обработкой на токарных станках в основном из проката (прутков или трубок).

В зависимости от конструктивного исполнения вала применяются и другие виды обработки – фрезерование, сверление, нарезание резьбы и т.д. При необходимости ответственные поверхности обрабатывают на шлифовальных станках. Основные конструктивные элементы вала представлены на рисунке 16.

Рисунок 16 – Конструктивные элементы валов.

При конструировании валов следует выделять:

– посадочные места под подшипники, определяемые диаметрами d1 и размерами l1 (шейки вала, цапфы);

– посадочные места под зубчатые колеса, определяемые диаметрами d2 и размерами l2 и l3;

– габаритные размеры вала – диаметр d3 и длина l4;

– стандартные и нормализованные конструктивные элементы, определяемые способом соединения вала с сопрягаемыми деталями и технологией его изготовления (проточки, отверстия центров, фаски, уклоны, резьбовые поверхности, пазы и др.).

Для обеспечения жесткости вала выдерживают следующие соотношения между длиной и диаметром вала:

– при обработке в центрах l/d1≤10;

– при обработке в патроне l/d1≤5.

Размеры центровочных отверстий регламентируются ГОСТ 14034–74. рекомендованная форма отверстий центров – В, форму А применяют при невозможности использования формы В (см. рис 17 и табл. 9).

Рисунок 17 – Отверстия центров.

таблица 9 – Размеры центровых отверстий по ГОСТ 14034–74, мм.

D	d	d1	d2	l не менее	l1 по Н11	l2 по Н12
2,5	0,63	1,32	–	0,9	0,6	–
3	0,8	1,7	2,5	1,1	0,78	1,02
4	1,0	2,12	3,15	1,3	0,97	1,27
6	1,6	3,35	5,0	2,0	1,52	1,99
10	2,0	4,25	6,3	2,5	1,95	2,54

Определение величины диаметра d1 (под подшипник) подробно описано в п.4.2.3. Поле допуска на этот диаметр – в соответствии с таблицей 7. Величина диаметра d2 (посадочный диаметр под зубчатое колесо) определяется с использованием таблицы 8, при этом учитывается способ крепления зубчатых колес. Поле допуска на диаметр вала d1 см. п.4.3.3 – k5, k6, k7, h6, h7.

Ступенчатые поверхности валов выполняются с небольшим перепадом размеров.

На цилиндрических поверхностях при чистовом точении на токарном станке или при обработке шлифованием следует предусмотреть канавки для выхода резца или шлифовального круга и для того чтобы развязать цилиндрическую и торцовую опорную поверхности (например, в местах установки подшипников).

Длина проточки в посадочных местах установки подшипников выбирается в диапазоне 0,4…0,6 мм, глубина – 0,12…0,15 мм.

Параметры шероховатостей посадочных поверхностей валов под подшипники рекомендуется выбирать по таблице 10, для остальных поверхностей – с помощью приложения Д или [1].

Таблица 10 – Значения параметра Ra посадочных и опорных торцовых поверхностей под подшипники

Посадочные поверхности	Классы точности подшипников	Параметр Ra, мкм, для значений посадочных диаметров d и D, мм
		до 10	св 10 до 80
Валов и отверстий корпусов	0 6 и 5 4 и 2	0,63 0,32 0,16	1,25 0,63 0,32
Опорных торцов заплечиков валов и корпусов	0 6 и 5 4 и 2	1,25 0,63 0,32	2,50 1,25 0,63

Таблица 11 – Предельные отклонения формы посадочных поверхностей вала и отверстия под подшипник

Классы точности подшипников	Предельные отклонения формы в любом сечении посадочных поверхности, мкм
	Некруглость	Средняя конусность
0 и 6	Половина допуска на диаметр	Половина допуска на диаметр
5, 4 и 2	Четверть допуска на диаметр	Четверть допуска на диаметр

Таблица 12 – Допускаемое биение заплечиков валов

Значения номинальных диаметров d, мм	Торцевое биение заплечиков валов, мкм, для посадки подшипников классов точности
	0	6	5	4	2
св 1 до 3 св 3 до 6 св 6 до 10 св 10 до 18	6 8 9 13	4 5 6 9	2 2,5 2,5 4	1,2 1,5 1,5 2,5	0,8 1 1 1,5

Рисунок 18 – Пример задания допусков формы и расположения поверхностей валов.

на рисунке 18, а) представлен пример задания допусков формы и расположения при изготовлении вала в центрах, за базу при этом принимается ось центров (база А). На рис. 18, б) представлен пример задания допусков формы и расположения при изготовлении вала в патроне и в качестве базы выбираются цилиндрические поверхности шеек вала (база А и база Б).

При выборе допусков формы и расположения поверхностей вала следует руководствоваться таблицами 11 и 12, приложением Е или [1].

Степени точности остальных допусков следует выбирать:

– допуск цилиндричности или круглости посадочных диаметров под крепление зубчатых колес – по 6-7 степени точности;

– допуск торцевого биения – по 7 степени точности;

– допуск радиального биения – по 6-5 степени точности для 6-7 квалитетов и 7 степени точности для 8-9 квалитетов.

Выбор материалов валов – по приложению Г.