Материалы валов

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

В А Л О В

 

 

Методические указания к курсовому проекту

по деталям машин для студентов

машиностроительных специальностей

всех форм обучения

 

 

Нижний Новгород

Составители А.А. Ульянов, Ю.П. Кисляков, Л.Т. Крюков

 

УДК 621.833: 539.4 (075.5)

 

 

Расчет и конструирование валов: Метод. указания к курсовому проекту по деталям машин для студентов машиностроительных спец. всех форм обучения / НГТУ; Сост.: А.А. Ульянов, Ю.П. Кисляков, Л.Т. Крюков - Н. Новгород, 2002. – 36 с.

 

Составлено в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ЕСКД и СТП 1-У-НГТУ-98 для оформления текстовой документации на изделия машиностроения.

 

 

Научный редактор Н.В. Дворянинов

 

Редактор И.И. Морозова

 

 

Подписано в печать 17.06.02. Формат 60х84¹/16. Бумага газетная.

Печать офсетная. Печ. л. .2,25. Уч.- изд. л. 2,1. Тираж 1000 экз. Заказ 465.

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ, 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

 

 

© Нижегородский государственный

технический университет, 2002

 

 

1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВАЛАМ И ОСЯМ

 

Валы и оси служат для поддержания вращающихся на них деталей.

Вал отличается от оси тем, что передает вращающий момент Т. Ось момента Т не передает.

 

Расчетная нагрузка и требования к валам

Основной расчетной нагрузкой для валов являются вращающий Т и изгибающий М моменты, вызывающие напряжения кручения t_К и изгиба s_И.

Напряжения сжатия (растяжения) от осевых сил значительно меньше указанных напряжений и их часто в расчетах не учитывают.

Расчет осей является частным случаем и производится по формулам для валов при Т = 0. Поэтому в дальнейшем речь пойдет только о валах.

Требования, предъявляемые к работоспособности валов:

а) прочность (обеспечивается материалом, конструкцией, размерами);

б) жесткость (обеспечивается установкой подшипников, размерами);

в) долговечность (обеспечивается размерами, снижением концентраторов напряжений, поверхностным упрочнением, шероховатостью);

г) виброустойчивость (обеспечивается: в дорезонансной зоне увеличе-нием жесткости; в зарезонансной зоне увеличением "гибкости" вала).

 

Материалы валов

Валы с диаметрами d до 80 мм изготавливают из сталей 40, 45, 40Х и др.; с диаметрами от 80 до 120 мм – из сталей 35ХМ, 40ХН, 30ХГСА и др.

Материал фасонных валов (вал–шестерня, вал–червяк, шлицевый вал) определяется материалом основного элемента на валу (зубья шестерни, витки червяка, шлицы).

Для повышения долговечности валы должны иметь вязкую (пластичную) сердцевину, что обеспечивается нормализацией или улучшением. Поверхност-ному упрочнению в той или иной степени могут подвергаться посадочные места деталей на валах и элементы передач на фасонных валах.

Механические характеристики некоторых распространенных марок сталей для валов даны в таблице 1.1 [1, c.165].

Таблица 1.1 – Механические характеристики сталей для валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм	Твердость НВ (не менее)	Механические характеристики, МПа	.yt
sВ	sТ	tТ	s–1	t–1
	£ 120							0,09
£ 80							0,10
40Х	£ 200							0,09
£ 120							0,10
40ХН	£ 200							0,10
20Х	£ 120							0,07
12ХН3А	£ 120							0,10
18ХГТ	£ 60							0,12

 

2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ВАЛА

 

Предварительный расчет диаметра вала d производится на стадии технического предложения, когда величины изгибающих моментов М на валах неизвестны. Расчет ведут только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям [t] :

d' ³ 10 [T / (0,2 [t])]^1/3, (2.1)

где [t] = (0,025...0,03)s_В, МПа.

Расчетный диаметр d' округлается по ГОСТ 6636-69 в большую сторону.

По рекомендациям [1, c.42] с учетом прочности и жесткости

– длябыстроходного вала диаметр входного конца, мм :

d' ³ (7...8)Т_Б^1/3 ; (2.2)

– для промежуточного (под съемным колесом) вала, мм

d' ³ (6...7)Т_ПР^1/3; (2.3)

– для тихоходного вала диаметр выходного конца, мм

d' ³ (5...6)Т_Т^1/3, (2.4)

где Т_Б, Т_ПР, Т_Т – вращающие моменты на соответствующих валах, Н×м.

Большие значения d' принимают для валов на роликоподшипниках, шевронных передач и промежуточных валов соосных передач при твердости зубьев z₂ >

55 HRC_Э^. Диаметр d' по формулам (2.2)...(2.4) округляется в ближайшую сторону по ГОСТ 6636-69.

Диаметры d входного и выходного концов следует согласовывать с диаметрами посадочных отверстий полумуфт, шкивов, звездочек. Так, например, для входного вала редуктора, соединяемого с валом электродвигателя стандартной муфтой рекомендуется принимать диаметр

d = d_ДВ ± D_М , (2.5)

где d_ДВ – диаметр выходного конца вала электродвигателя, мм;

D_М - перепад диаметров полумуфт, допускаемый по паспорту муфты, мм (возможность расточки диаметра и фрезерования шпоночного паза одной из полумуфт на величину D_М).

Для вала-шестерни, вала-червяка, зубья и витки которых нарезаны за одно целое с валом, диаметр вала d в сечениях по зубьям и виткам равен диаметру окружности впадин d_f1.

 

3 КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ

 

Что должно быть на валу ?

В общем случае на валу должны находиться:

1) элементы передач и соединений (зубчатые или червячные колеса, шкивы, звездочки, полумуфты, шлицы, шпонки и др.);

2) опоры – подшипники;

3) уплотнения входных и выходных концов;

4) элементы осевой фиксации насаженных деталей;

5) устройства для регулирования зацеплений и "осевой игры" – зазоров в подшипниках качения.