5. Расчет валов

5.1 Проектный расчет и конструирование валов

В проектируемых редукторах для изготовления валов могут применяться термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 40, 45, 40Х, 40ХН. Механические характеристики сталей приведены в [3, стр. 88] (материал червяка или вала-шестерни уже был выбран ранее при расчете передачи). Проектныйрасчет валов выполняется из условия прочности по напряжениям кручения. Напряжения изгиба, концен­трация напряжений и переменность нагружения не учитываются. Поэтому допускаемые напряжения занижают до [τ]=10-20 МПа.

Проектный расчет и конструирование различных участков вала редуктора приведен в табл.4.1. На рис. 4.1 приведены типовые конструкции валов двухступенчатых редукторов. Хвостовики входного и выходного валов выполняют цилиндрическими или коническими. Размеры кониче­ских хвостовиков указаны в табл.4.2. Если осевая фиксация подшипников осуществляется круглой гайкой с многолапчатой шайбой, то ее размеры указаны в [5, т. К8, стр. 383 и т. К36, стр.422], а размеры канавки - [5, т.10.10 и 10.11, стр. 176-177]. Для вала-шестерни и червячного вала если d₃<d_f1(рисунок 4.1), то величина вы­хода инструмента определяется диаметром фрезы D_ф по таблице 4.3.

Таблица 4.1 - Определение размеров ступеней валов, мм

Ступень вала и ее параметры

Вал-шестерня коническая (рис. 4.1 б)

Вал-шестерня цилиндрическая (рис. 4.1 а)

Вал-червяк (рис. 4.1 в)

Вал промежуточный (рис. 4.1 е)

Вал тихоходный (рис. 4.1 ж)

1 ступень под муфту

≥d1=(0,8-1,2)dэл-уточнить по выбранной муфте и округлить по ряду линейных размеров (см. ниже).

-

l1

l1=(1,0-1,5)d1 – уточнить по размеру полумуфты

l1=(1,0-1,5)d1

2 ступень под уплотнение крышки с отверстием и подшипник

d2

d2≈ d1+2t, затем принимается кратным «5»

d2≈=d3+2t

d2≈ d1+2t

l2

l2≈0,6d2

l2≈1,5d2

l2=B для шарикоподшипников; l2=T для роликоподшипников

l2≈1,25d2

3 ступень под шестерню и колесо

d3

d3= d4+3,2r или d3≤df1

d3= d2+3,2r или d3≤df1

d3= d2+3,2r

округлить по ряду линейных размеров

d3= d2+3,2r

l3

Определить графически из эскизной компоновки

l3=b3=lcm, Lиз эскизной компоновки

l3 - из эскизной компоновки

4 ступень под подшипник

d4

d4= d5+(2÷4)мм

d4= d2

l4

l4≥1,25 l3

l4= B для шарикоподшипников l4=T для роликоподшипников

l4= l2

5 ступень

d5

d5 в зависимости отd2;d5>d2 [5, табл.10.10 и 10.11, с. 176]

Примечания: d3n - диаметр вала электродвигате­ля; все диаметры d и длины I округлять до стан­дартных из ряда Ra40 ГОСТ 6636-69 [5, т.13.15, с.312]; крутящие моменты T1, Т2 и Т3 взять из кинематического расчета, стр. 4, табл. 1.4. Необходимые расчеты по формулам таблицы проводятся на обороте этого листа.

d5=d3+3c; сту­пень можно заменить рас­порной втул­кой того же диаметр

l5

l5≈0,4d4

l5 - из эскизной компоновки

Для облегчения монтажа пре­дусматривают скосы размером а (таблица 4.4). Для плотного прилега­ния торцов деталей к буртикам вала делают галтели радиусом r в зави­симости от диаметра d(размеры в мм) или канавки (таблица 4.5). В мес­тах перехода от одного диаметра dк другому D, если детали не уста­навливают, предусматривают гал­тели с радиусом закругления R≈0,4(D-d).

Таблица 4.2 - Концы валов конические (ГОСТ 12081 – 72)

А-А
Диа­метр d, мм	l1	l2	dcp	b	h	t1	t2	d1	d2	l3	l4
20 22 25	36	22	18,9 20,9 23,8	4	4	2,5	1,8	М12х х1,25	М6	6,5	8,8
28 32	42	24	26,8 30,2	5	5	3,0	2,3	М16х х1,5	М8 М10	9,0 11,0	10,7 13,0
36	58	36	34,2	6	6	3,5	2,8	М20х х1,5	М12	14,0	16,3

Таблица 4.3 - Внешний диаметр фрезы Dф, мм

Модуль зацепления т, мм	Dф, мм
	Степень точности
	7	8...10
2 .2,25	90	70
2,5 . 2.75	100	80
3...3.75	112	90
4...4,5	125	100
5..5,5	140	112
6.7	160	125

Таблица 4.4 - Размеры элементов вала

d	15-30	30-45	45-70	70-100	100-150
r	1,0	1,0	1,5	2,0	2,5
c	1,5	2,0	2,5	3,0	4,0
t	2,0	2,5	3,0	3,5	3,5
α	2	3	5	5	8
α^o	30	30	30	30	10

Таблица 4.5 - Размеры элементов вала

d	Св. 10 до 50	Св. 50 до 100	Св. 100
b	3,0	5,0	8,0
h	0,25	0,5	0,5
r	1,0	1,6	2,0

Предварительный выбор подшипников качения проводится по табл. 4.6. Размеры и характеристики подшипников приводятся в справочниках - например, [5, т. К27-К30, с. 410-417].

Таблица 4.6 - Предварительный выбор подшипников качения

Передача	Вал*	Тип подшипника	Серия	Угол контакта	Схема установки
Цилиндрическая косозубая	Б,П	При β<12° — радиальные шариковые однорядные, при β≥12° — шариковые радиально-упорные или роликовые конические	Легкая (средняя)	для типа 3600 или 7000	Враспор
Цилиндрическая прямозубая	Т	Радиальные шариковые однорядные	Легкая (средняя)
Коническая	Б, П	Роликовые конические типа 7000 или 27000 при n1< 1500 об/мин	Легкая (средняя)	α=11…16^oдля типа 7000, α=25…29° для типа 27000. α=26° для типа 46000	Врастяжку
		Радиально-упорные шариковые типа 46000 при п, г 1500 об/мин
Червячная	Б. II	Радиально-упорные шариковые типа 46000; роликовые конические типа 27000: радиальные шариковые однорядные при αw> 160 радиальныешариконые однорядные при aw ? 160 мм	Средняя	α=11...16 ° для типа 7000; α=25…29 для типа 27000 α= 12° для типа 36000, α=26° для типа 46000	2 (с одной фиксирующей опорой)
		Конические роликовые типа 7000 или радиально-упорные шарико­вые типа 36000 при в„ -5160 мм			3 (враспор)
♦Примечание «Б», «П» и «Т» означают соответственно быстроходный, промежуточный и тихоходный вал двухступенчатого редуктора, р - угол наклона зубьев У одноступенчатых редукторов нет промежуточного вала, а есть только быстроходный (Б) и тихоходный (Т) вал

Для соединения вала с деталями, передающими вращение, часто применяют призматические шпонки (таблицы 4.7) из стали, имеющей σ_в≥590МПа, например, из сталей 45, Ст 6.

Рисунок 4.1 - Типовые конструкции валов двухступенчатых редукторов.

Быстроходные (а-д) : а) - цидиндрический соосный; б)- конический;

в)- червячный; г)- раздвоенный; д)- рядный.

Промежуточный вал (е). Тихоходные валы (ж-и):

ж), з)- варианты исполнения тихоходного вала соосного редуктора;

и)- тихоходный вал рядного редуктора.