Предварительный расчет валов

После определения межосевых расстояний, диаметров и ширины колес и размеров червяков приступают к разработке конструкции редуктора. Первым этапом конструирования является разработка эскизного проекта. При эскизном проектировании определяют расположение деталей передач, расстояния между ними, ориентировочные диаметры ступеней валов, выбирают типы подшипников и схемы их установки. Эти вопросы являются общими для всех типов редукторов.

Основными критериями работоспособности проектируемых редукторных валов являются прочность и выносливость. Они испытывают сложную деформацию – совместное действие кручения, изгиба и растяжения (сжатия). Деформация кручения на валах возникает под действием вращающих моментов, приложенных со стороны двигателя и рабочей машины. Деформация изгиба валов вызывается силами в зубчатом (червячном) зацеплении закрытой передачи и консольными силами со стороны открытых передач и муфт. А так как напряжения, возникающие в валах от растяжения, небольшие в сравнении с напряжениями от кручения и изгиба, то их обычно не учитывают.

Для редукторов общего назначения рекомендуется изготовлять простые по конструкции гладкие валы одинакового номинального диаметра по всей длине; для обеспечения требуемых посадок деталей предусматриваются на участках вала соответствующие отклонения диаметра. Но если места посадок отдалены от конца вала, то установка деталей затрудняется. Поэтому для удобства сборки и разборки узла вала, замены подшипников и других насаживаемых деталей применяется ступенчатая конструкция вала. Диаметр выходного конца вала редуктора не должен отличаться от диаметра вала электродвигателя больше чем на 20%. При выполнении этого условия соединение валов осуществляют стандартной муфтой.

Расчет редукторных валов производится в два этапа: 1-й – проектный (приближенный) расчет валов на чистое кручение; 2-й – проверочный (уточненный) расчет валов на прочность по напряжениям изгиба и кручения.

Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступеней которого зависят от количества и размеров устанавливаемых на вал деталей. Поэтому проектный расчет ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры (диаметр и длину) каждой ступени вала.

Проектный расчет валов выполняется по напряжениям кручения (как при чистом кручении), т.е. при этом не учитывают напряжения изгиба, концентрации напряжений и переменность напряжений во времени (циклы напряжений). Поэтому для компенсации приближенности этого метода расчета допускаемые напряжения на кручение применяют заниженными. При этом рекомендуется принимать меньшие значения для быстроходных валов и большие значения для тихоходных валов редуктора.

где - крутящий момент на данном валу, Нмм;

- допускаемое напряжение на кружение, МПа.

В проектируемых редукторах для валов рекомендуется применять термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 40Х, 45 и Ст6, для которых принимают пониженное значение .

Полученный результат округляют по ГОСТ 6636-69 до ближайшего значения из ряда R40: 18 – 19 – 20 – 21 – 22 – 24 – 25 – 26 – 28 – 30 – 32 – 34 – 36 – 38 – 40 – 42 – 45 – 48 – 50 – 52 – 55 – 60 – 63 – 65 – 70 – 75 – 80 – 85 – 90 – 95 – 100мм.

После определения диаметра выходного конца соответствующего вала остальные участки определяются конструктивно, ориентируясь на рисунок 4.1 и рекомендации для определения размеров ступеней валов одноступенчатых редукторов (таблица 4.1).

Таблица 4.1 – Определение размеров ступеней валов редукторов, мм

Ступень вала и ее параметры	Вал-шестерня коническая	Вал-шестерня цилиндрическая	Вал-червяк	Вал колеса
1-я под элемент открытой передачи или полумуфты	d1	где Tкр – крутящий момент на валу, Н·м
l1	l1 = (0.8…1.5) d1 – под звездочку; l1 = (1.2…1.5) d1 – под шкив; l1 = (1.0…1.5) d1 – под шестерню ; l1 = (1 - 1.5) d1 – под муфту
2-я под уплотнение крышки с отверстием и подшипник	d2	d2 = d1 + 2t – только под уплотнение	d2 = d1 + 2t
l2	l2 ≈ 0.6d4 – только под уплотнение	l2 ≈ 1.5d2	l2 ≈ 1.25d2
3-я под шестерню, колесо	d3	d3 = d4+3.2r;	d3 = d2+3.2r; при d3 > dа1 приять d3 = dа1	d3 = d2+3.2r
l3	l3 определить графически на эскизной компоновке
4-я под подшипник	d4	d4 = d5 + (2…4)	d4 = d2
l4	l4 определить графически	l4 = В – для шариковых подшипников l4 = Т – для роликовых конических подшипников
5-я упорная или под резьбу	d5	d5 под резьбу определить в зависимости от d2	Не контролируют	d5 = d3+3f; ступень можно заменить распорной втулкой
l5	l5 ≈ 0.4d4	l5 - определить графически

Примечания.Значения высоты бортика t, ориентировочные величины фаски ступени f и координаты фаски подшипника r определить в зависимости от диаметра ступени d:

Рисунок 4.1 – Схемы валов: а) червяка; б) шестерни цилиндрической;

в) шестерни конической; г) тихоходный (вал колеса)

Контрольные вопросы: