Валы цилиндрических редукторов
1.1.1. Быстроходные валы. На данном этапе расчета расстояния между опорами неизвестны, поэтому ориентировочный диаметр входного участка вала dв1 определяют из условия его прочности по пониженному допускаемому напряжению на кручение с учетом деформации изгиба и концентрации напряжения по формуле [1, с. 5]
db1 = 
где Тк1 – крутящий момент, возникающий в расчетном сечении быстроходного вала, Н×м;
[t]к – допускаемое напряжение на кручение, МПа. Принимают[t]к = 15…35 МПа
Меньшие значения из этого диапазона берут для быстроходных валов, большие - для тихоходных.
Если входной вал редуктора связан с двигателем, для этого вала с учетом результатов расчета принимают
dв1 = (0,8…1,2)dэ,
где dэ – диаметр вала электродвигателя. Наиболее рационально принимать dв1=dэ, что облегчает монтаж муфт.
Длину входного участка вала принимают приблизительно l = 0,15dв1 [2, с. 43].
Размеры участков валов, которые не определяются сопрягаемыми деталями, округляются до ближайших значений линейных размеров, мм: 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 71, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200.
Затем изображают участок вала d1, диаметр которого увязывается с уплотнительными устройствами. Во многих случаях размер d1, принимают равным dn1 или dв1. Длина участка под уплотнение принимается равной (0,4…0,7)d1. [3, с. 244].
Участок вала dn1 является посадочным под подшипник и должен соответствовать внутреннему диаметру подшипника. Его назначают таким образом, чтобы предусмотреть возможность установки подшипника без съема призматической шпонки, которой фиксируется муфта, шкив ременной передачи или другие детали.
Ориентировочно значение диаметра вала dn1 в месте установки подшипника [2, с. 158].
dn1 ³ dв1+2t2+0,5,
где t2 – глубина шпоночного паза в ступице, принимают из таблицы 1.1 по ГОСТ 10748-79.
Призматические шпонки и пазы по ГОСТ 10748-79. Размеры, мм.
| Диаметр вала d, мм | Сечение шпонки | Интервалы длин l | Глубина шпоночного паза | ||||
| b | h | t | t | ||||
| с 12 до 17 | 10…56 | 2,3 | |||||
| с 17 до 22 | 14…70 | 3,5 | 2,8 | ||||
| с 22 до 30 | 18…90 | 3,3 | |||||
| с 30 до 38 | 22…110 | 3,3 | |||||
| с 38 до 44 | 28…140 | 3,6 | |||||
| с 44 до 50 | 36…160 | 5,5 | 3,8 | ||||
| с 50 до 58 | 45…180 | 4,3 | |||||
| с 58 до 65 | 50…200 | 4,4 | |||||
| с 65 до 75 | 56…220 | 7,5 | 4,9 | ||||
| с 75 до 85 | 63…250 | 5,4 | |||||
| с 85 до 95 | 70…280 | 5,4 | |||||
| с 95 до 110 | 80…320 | 6,4 | |||||
| с 110 до 180 | 90…360 | 7,4 | |||||
| Для пазов | Для шпонок | ||||||
| b | l или s1 ´ 45° | b | s | ||||
| 5…8 | 0,16…0,25 | 5…8 | 0,25…0,4 | ||||
| 10…18 | 0,25 | 10…18 | 0,4…0,6 | ||||
| 20…32 | 0,4…0,6 | 20…32 | 0,6…0,8 | ||||
| Примечание. Длина шпонок должна выбираться из ряда: 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360… | |||||||
Полученное значение dn1 округляют в большую сторону до ближайшего стандартного для подшипника размера. Предварительно можно диаметр вала dn1 назначить по диаметру входного конца dв1.с добавлением приблизительно 5 мм.
С целью унификации на обе шейки вала обычно устанавливают подшипники одного типоразмера несмотря на то, что требуемая работоспособность для них различна. Длину шеек под подшипник назначают равной ширине устанавливаемого подшипника (рис.1.1).
Диаметр буртика под подшипник принимают
ddn1 ³ dn1+3r,
где r – координата фаски под подшипник [2, с. 42], в табл.1.2
Таблица 1.2
| d | 17-22 | 24-30 | 32-38 | 40-44 | 45-50 | 52-58 | 60-65 | 67-75 | 80-85 | 90-95 |
| tцил | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 4,5 | 4,6 | 5,1 | 5,6 | 5,6 | ||
| tкон | 1,5 | 1,8 | 2,0 | 2,3 | 2,3 | 2,5 | 2,7 | 2,7 | 2,7 | 2,9 |
| r | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 3,5 | 3,5 | 2,7 | ||||
| ¦ | 1,2 | 1,2 | 1,6 | 2,5 | 2,5 |
Если диаметр впадин зубьев шестерни
d¦1 ³ ddn1+ (7…9)m
где m – модуль зубчатых колес быстроходной ступени, то с целью экономии высоколегированной стали, обеспечивающей высокую несущую способность зубьев, шестерню выполняют насадной. Диаметр вала под шестерней в этом случае
dш = 1,05ddn
Рис.1.1. Компоновка быстроходного вала цилиндрического редуктора
1.1.2. Промежуточные валы не имеют концевых участков. Они обычно выполняются заодно с шестерней. Если диаметр впадин шестерни тихоходной ступени
d¦1 ³ ddn+ (7…9)m,
то шестерню выполняют насадной. Диаметр подступичной части вала в этом случае определяется ориентировочной зависимостью [3, с. 264]
dш = (0,35…0,45)aw,
где aw - межосевое расстояние тихоходной ступени.
Диаметр вала под колесом dк определяют по формуле [1,c.5], принимая
[t]к = 20…25 МПа
dк2 = 
Для удобства установки зубчатых колес на валу целесообразно предусмотреть буртик, диаметр которого
ddк2 ³ dк2 +3¦,
где ¦ - размер фаски детали (например, колеса, в таблице 1.2).
Ширину буртика принимают по [3, с. 244]
b2 = (0,07…0,1))dк2
Диаметр вала под подшипником определяют из соотношения,
ddn2 ³ dn2 - 3r
Диаметр буртика под подшипник
ddn2 ³ dn2 + 3r
Между насадными зубчатыми колесами и подшипниками могут быть предусмотрены распорные втулки, длина которых определяется положением зубчатых колес и подшипников. Диаметр заплечика вала и распорной втулки определяется типоразмером подшипников.
Рис. 1.2. Компоновка промежуточного вала цилиндрического редуктора
1.1.3. Тихоходные валы имеют концевой участок, в средней части вала между подшипниковыми опорами размещают зубчатое колесо. Эти валы проектируют в той же последовательности, что и быстроходные. Диаметр выходного конца вала определяют по формуле (1.1), принимая [t]к = 25…35 МПа. Диаметры остальных участков вала (рис.1.3) определяют аналогично диаметрам быстроходных валов.
Диаметры ступеней валов после вычисления округляют в ближайшую сторону до стандартных величин.
1.1.4. На этапе эскизного проектирования ориентировочно была намечена конструкция валов, определены диаметры отдельных участков. Эти размеры следует уточнить, согласовать их с деталями, устанавливаемыми на вал, учесть вид и расположение опор, конструкцию уплотнения и технологию изготовления.
Входной и выходной валы редукторов имеют цилиндрические или конические концевые участки для установки полумуфт, шкивов, звездочек или зубчатых колес.
Рис. 1.3. Компоновка тихоходного вала цилиндрического редуктора
Цилиндрические концы валов изготовляют по ГОСТ 12080-66 [2, с. 432] . Деталь, устанавливаемую на цилиндрическом конце вала, доводят до упора в заплечик, высота которого t ³ 2¦.
Переходной участок вала между двумя ступенями разных диаметров выполняют галтелью радиуса r, а при шлифовании выполняют канавку для выхода шлифовального круга.
Соседним с концевым является участок вала, предназначенный для установки подшипника. Поэтому высота t буртика цилиндрического концевого участка вала должна быть согласована с посадочным диаметром подшипника. При этом желательно предусмотреть возможность установки подшипника без съема призматической шпонки.
Конические концы валов по ГОСТ 12081-72 [2, с. 431] изготовляют с конусностью 1:10 двух исполнений: с наружной и внутренней резьбой. Диаметр вала на участке, соседнем с конусным, определяют так же, как и для цилиндрического из условия установки подшипника на вал без выемки
dn ³ dср + 2r+1 мм, где dср =d - 0,05 l2; где l2 принимают согласно [2, с. 431]
Преимущественное распространение приобретает коническая форма консольного участка вала, обеспечивающая точное и надежное соединение, возможность легкого монтажа устанавливаемых деталей.
Диаметры концов быстроходного и тихоходного валов согласовывают с диаметрами отверстий устанавливаемых на них деталей.
Высоту заплечика t, координату r фаски подшипника и размер ¦ фаски колеса принимают в зависимости от диаметра d [2, с. 42]