2. Расчет валов

Валы механизмов станков рассчитываются на прочность и жесткость. Характерная особенность валов коробок скоростей – большое расстояние между опорами. При большой длине валов основным критерием работоспособности становится не прочность, а жесткость.

На этапе эскизного проектирования выполняется расчет валов на прочность.

Валы рассматривают как балки на шарнирных опорах, что соответствует типичному случаю, когда в каждой опоре установлен один подшипник качения. В других случаях расчетная схема может быть иной. Если на валу расположены несколько поочередно работающих колес, следует выяснить, в каком случае имеют место наибольшие нагрузки на опоры и наибольший изгибающий момент на валу.

Таблица 14

Значения коэффициентов в формулах (34) – (39)

Коэффициент формы зуба при числе зубьев, YF	17	20	25		30	40	50 >
	4.3	4.15	3.95		3.83	3.77	3.72
Коэффициент перекрытия, Yε	1			(Zε)^2
Коэффициент наклона зуба, Yβ	1			1 – β/140
δf	0.016			0.006
Kd, (н/м^2)^1^/3	7700			6640
Ψm = b/m	8…12			10…20
SF	1.7			1.7
Коэффициент реверсивной нагрузки, KFC	0.7…0.8 - при реверсивной нагрузке 1 - при односторонней нагрузке

Строятся схемы нагружения вала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В каждой из плоскостей определяются реакции опор, строятся эпюры изгибающих и крутящих моментов. Для опасного сечения рассчитывается суммарный изгибающий момент:

М_изг = (М² _верт + М² _гор)^1/2 , (39)

затем находится результирующий момент:

М_рез = (М² _изг + 0,45Т²_р)^1/2 , (40)

Подсчитывается допустимый по условиям прочности диаметр вала:

d = [(32 * М_рез)/(π * [σ])]^1/3 (41)

Таблица 15

Допускаемые напряжения [σ], МПа

Диаметр вала, мм	Материал вала и термообработка
	Сталь 35 нормализо-ванная	Сталь 45 нормализо- ванная	Сталь 45 нормализо- ванная	Сталь 40Х улучшенная	Сталь 40Х закаленная
30	70	75	85	90	95
50	65	70	80	85	90
100	60	65	75	80	85

Расчет валов на жесткость выполняется в виде проверочного. Диаметры валов. Рассчитанные по формуле (41) значения увеличиваются в 1.4…1.7 раза и после этого выполняется расчет на жесткость.

Методика расчета валов на жесткость приводится в [6].

6.3. Выбор системы смазки

Правильно спроектированная система смазки обеспечивает уменьшение трения, износа и нагрева трущихся поверхностей, плавность и бесшумность работы передач, длительное сохранение точности.

В ПГД смазке подлежат подшипники ШУ и промежуточных валов, зубчатые передачи.

Для смазки подшипников ШУ служит специальная система смазки. Это может быть смазка масляным туманом или впрыскиванием с помощью дозаторов. Подробно проблемы смазки подшипников качения рассмотрены в [8,9].

Наиболее целесообразной для смазки подшипников качения промежуточных валов и зубчатых колес является общая система циркуляционной смазки. Она состоит из резервуара, холодильника, фильтра, насоса, трубопроводов. Масло из резервуара непрерывно подается по трубам к местам смазки и, пройдя их, через холодильник поступает в сборник, откуда через фильтр снова подается в резервуар. В качестве резервуара может использоваться корпус механизма или автономная насосная станция. Для регулирования расхода масла служит маслораспределительное устройство.

Для смазки подшипников, работающих с частотой вращения до 3000 обмин, при окружных скоростях до 4,5 м/с, применяют консистентные смазки.

Подробнее проблемы смазки подшипников качения рассмотрены в [4,8,9].