4 Проектний розрахунок веденого валу редуктора

Розрахунок валів здійснюється у два етапи:

 проектний (попередній) розрахунок тільки на кручення (згинальний момент поки невідомий, оскільки невідомі розташування опор і місця прикладання навантажень);

 і перевірковий (уточнюючий) розрахунок на міцність за напругами кручення і гнуття.

Перевірковий розрахунок веденого валу у даній розрахунково-графічній роботі не виконується, виходячи з того, що за навчальним планом не передбачено виконання саме проекту редуктора (тобто виконується РГР, а не курсовий проект з деталей машин), де при проектуванні редуктора серед інших розрахунків складових частин редуктора другий етап розрахунку валів є обов’язковим.

4.1 Вибір матеріалу валу і визначення допускних напруг

Для виготовлення більшості валів в основному використовують вуглецеві сталі ма­рок 20, 30, 40, 45 та 50, а також леговані сталі марок 20Х, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА та ін. Сталі 40ХН, 40ХН2МА, 30ХГТ, 30ХГСА та ін. застосовують для високо напружених валів відповідальних машин. Вали з цих сталей підда­ють, як правило, поліпшенню, загартуванню з високим відпуском або поверхневому гартуванню з нагріванням СВЧ і низьким від­пуском (шліцеві вали). Можуть використовуватись і титанові ста­лі ВТЗ-1, ВТ-6 і ВТ-9.

Швидкохідні вали, що обертаються у підшипниках ковзання, вимагають досить високої твердості цапф, а тому їх виготовляють із цементованих сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ або азотованих сталей типу 38Х2МЮА. Хромовані вали мають високу стійкість проти спрацювання. Наприклад, в автомобільній промисловості покрит­тя хромом шийок колінчастих валів збільшує ресурс до перешліфування у 3-5 разів.

У редукторі, що розраховується, доцільно застосування середньовуглецевих сталей, наприклад, марки 45 і низьколегованих сталей, наприклад, марки 40Х.

Для компенсації приблизності проектного розрахунку, підвищення гарантій його надійності застосовують занижені значення допускних напруг на кручення [  ]_к = 10  20 Нмм^-2 (менше значення – для швидкохідного валу, більше – для тихохідного).

У якості матеріалу валів редуктора призначаємо сталь 45; поліпшення; величина допускної напруги на кручення для веденого валу приймаємо: [  ]_к = 20 Нмм ^-2 .

4.2 Визначення геометричних параметрів ступінчастих частин редукторного валу

Редукторний вал – це ступінчасте циліндричне тіло, кількість і розміри ступенів якого залежить від кількості і розмірів розташованих на валу деталей.

Проектний розрахунок валу необхідний для розробки його конструкції, визначення орієнтовних геометричних розмірів (діаметр d і довжина ) його кожної ступені, а саме:

 діаметр вхідного кінця вала під напівмуфту з боку ведучого вала електродвигуна або під діаметр вихідного кінця тихохідного валу з боку приводу робочої машини, який визначається за нижчеподаною формулою :

(6)

де М_к – крутний момент, що дорівнює обертовому моменту на

валу, Нм;

– і довжина елементу, що розташована на кінці валу (шестерні, зірочки, шківу або напівмуфти):

₁ = L ,

де L – довжина елемента, що розташований на кінці вала.

Визначаємо діаметр вихідного кінця веденого тихохідного валу (під шестерню або шків передачі до робочої машини).

З таблиці 9 маємо М₂ = 184,37 Н  м і підставивши дані до формули (6), отримаємо.

Остаточні значення діаметрів валів в місцях посадки спряжених деталей (шківів, зубчастих коліс, підшипників тощо) округляють до найближчих стандартних значень за ГОСТ 6636-69, рекомендуємо вибирати з ряду значень R_a 40 (таблиця 10).

Таблиця 10 – Нормальні діаметри і довжини у машинобудуванні (витяг із ГОСТ 6636-69)

Ra 5	Ra 10	Ra 20	Ra 40	Ra 5	Ra 10	Ra 20	Ra 40
10	10	10	10	25	25	25	25
			10,5				26
Ra 5	Ra 10	Ra 20	Ra 40	Ra 5	Ra 10	Ra 20	Ra 40
		11,5	11			28	28
			11,5				30
	12	12	12		32	32	32
			13				34
		14	14			36	36
			15				38
16	16	16	16	40	40	40	40
			17				42
		18	18			45	45
			19				48
	20	20	20		50	50	50
			21				53
		22	22			56	56
			24				60

У відповідності до ряду R_a 40 приймаємо:

 d_1T = 40 мм (орієнтуючись на підшипник котіння № 309, у якого діаметр під вал дорівнює 45 мм) (таблиця 11).

Таблиця 11 – Кулькові підшипники котіння однорядні (витяг з ГОСТ 8338-75)

Умовне позна-чення підшип-ника	Розміри, мм			Динамічна вантаж-ність	Статична вантаж-ність	Умовне позна-чення підшип-ника	Розміри, мм			Динамічна вантаж-ність	Статична вантаж-ність
	d	D	B				d	D	B
				С, кН	С, кН					С, кН	С, кН
Легка серія 200 Гранична частота обертання кільця підшипника при рідинному мащенні nгр = (16  5)10^3 хв^-1						Середня серія 300 Гранична частота обертання кільця підшипника при рідинному мащенні nгр = (16  4)10^3 хв^-1
204	20	47	14	12,7	6,2	304	20	52	15	15,90	7,8
205	25	52	15	14,00	6,95	305	25	62	17	22,5	11,40
206	30	62	16	19,50	10,00	306	30	72	19	28,1	14,60
207	35	72	17	25,50	13,70	307	35	80	21	33,2	18,00
208	40	80	18	32,00	17,80	308	40	90	23	41,0	22,4
209	45	85	19	33,20	18,60	309	45	100	25	52,7	30,00
210	50	90	20	35,10	19,80	310	50	110	27	61,8	36,00
211	55	100	21	43,60	25,00	311	55	120	29	71,5	41,50
212	60	110	22	52,00	31,00	312	60	130	31	62,9	48,40
213	65	120	23	56,00	34,00	313	65	140	33	92,3	56,00
214	70	125	24	61,80	37,50	314	70	150	35	104,0	63,00
215	75	130	25	66,30	41,00	315	75	160	37	112,0	72,50

Приймаємо довжину кінця тихохідного валу редуктора за умови його з’єднання з валом робочої машини, наприклад, за допомогою стандартної пружньої втулково-пальцьової муфти (рисунок 5, таблиця 12):

Рисунок 5 – Пружня втулково-пальцьова муфта

Таблиця 12 – Муфти пружні втулково-пальцьові (витяг з ГОСТ 21424 – 75)

Момент Т, Нм	Кутова швид-кість , рад/с	Отвір, мм		Габаритні розміри		Зміщення осей валів, не більше
		d	l	L	D	поздов-жнє, мм	кутове
31,5	670	16; 18; 19	28	60	90	0,2	1^030’
63	600	20; 22; 24	36	76	100
125	480	25; 28;30	42	89	120
250	400	32; 35; 36; 38; 40; 42; 45	50	121	140	0,3	1^0
500	380	40; 42; 45	82	169	170
710	315	48; 50; 55; 56	82	170	190	0,4
1000	300	50; 55; 56	82	170	220

Далі діаметри ступенів вала визначаємо або за напрацьованими практикою проектування емпіричними залежностями, або за конструктивними міркуваннями, ступінчасто збільшуючи діаметр вала від вихідного кінця до центральної ділянки (під колесо редуктора), після чого йде ступінчасте зменшення діаметра, закінчуючи розміром діаметра вала під внутрішній діаметр підшипника котіння.

Діаметри і довжини ступінчастих частин валу, а також розміри окремих елементів корпусу редуктора встановлюють під час розробки обов’язкового етапу конструювання виробу, яке має назву ескізної компоновки.