Предварительное определение диаметров шеек вала

Предварительный расчет выходного конца вала проводят на кручение по пониженным допускаемым напряжениям:

где Т – вращающий момент на валу, [τ] – допускаемые напряжения кручения, обычно принимаемые равными [τ]=20-35 Н/мм². Большие значения принимаются при использовании для изготовления колес легированных сталей.

По данной формуле рассчитывают диаметры выходных концов ведущего и ведомого валов. Однако, диаметр ведущего вала корректируется исходя из следующих соображений.

Рис. 5.1 Вал-шестерня (ведущий вал)

Если вал редуктора соединен муфтой с валом электродвигателя, то необходимо согласовать диаметры вала двигателя d_дв и вала редуктора d_В. Как правило, принимают d_В = (0,7-1)d_дв. Некоторые муфты, например УВП, могут соединять валы разных диаметров в пределах одного номинального момента.

Рис. 5.2 Ведомый вал

Иногда вал электродвигателя не соединяется непосредственно с ведущим валом редуктора, а между ними имеется ременная или цепная передача (так приведено в ряде заданий на курсовое проектирование). В этом случае диаметр вала редуктора рекомендуется принимать равным диаметру вала двигателя или округлять расчетный диаметр в большую сторону до целого значения.

Валы обычно выполняют ступенчатыми с увеличением от концов к среднему сечению, т.к. в этом случае обеспечивается оптимальное сопротивление изгибу. Диаметры остальных шеек вала выбирают из следующих соображений.

1) Диаметр шеек под посадку подшипника выбирают по диаметру отверстия внутреннего кольца большим диаметра выходного конца вала с учетом того, что диаметры отверстий в кольцах подшипника, начиная с 20 мм кратны 5.

2) Диаметр шейки под зубчатым колесом d_ш определяют по выше приведенной формуле для нахождения диаметра выходной шейки вала, но величину касательных напряжений выбирают пониженной            [τ]=10-20 Н/мм^2.

3) Для фиксации деталей (подшипников, шкивов и зубчатых колес) в осевом направлении служат буртики, высота которых ориентировочно принимается в зависимости от диаметра малой шейки:

4) Радиус галтели (переход от большего диаметра D к меньшему d) в тех местах, где нет посаженных на шейку деталей, выбирается из соотношений:

5) При неподвижной установке на вал какой-либо детали (шкив, зубчатое колесо, звездочка) в месте упора детали в буртик последняя имеет фаску с катетом С, а вал - галтель радиусом R с выдерживанием соотношения C>R. Это обеспечивает плотное прилегание ступицы к буртику. Если на шейку с упором в буртик устанавливается подшипник, либо выполняют условие R₁ >R, где R₁ – радиус скругления (фаски) внутреннего кольца подшипника, либо на валу выполняют канавку для выхода шлифовального инструмента и обеспечения прилегания к буртику торца кольца подшипника. Последний случай предпочтительнее, поскольку обеспечивает более точную обработку цилиндрической и торцовой поверхностей вала независимо от износа кромки шлифовального круга.

Указанные параметры выбирают из соотношений:

6) Размеры выходных концов валов могут быть приняты по рекомендациям, приведенным в [12].

Выбор посадок деталей передач на шейки вала

Рекомендуются следующие посадки деталей передач на вал:

- зубчатые и червячные колеса при тяжелых ударных нагрузках (H7/s6);

- зубчатые и червячные колеса (H7/r6);

- зубчатые и червячные колеса при частом демонтаже (H7/n6, H7/m6, H7/k6);

- распорные втулки (H7/h6, H7/h7) ;

- шкивы и звездочки (H7/j_s6, H7/h6);

- муфты (H7/n6, H7/m6, H7/k6);

- муфты при тяжелых ударных нагрузках (H7/r6);

- внутренние кольца подшипников качения (H7 /k6, H7 /j_s6);

- наружные кольца подшипников качения при вращающихся валах (H7/h6, H7/h7);

- внутренние кольца подшипников качения свыше 100 мм и тяжелых ударных нагрузках (H7/n6, H7/m6).

Выбор расстояния между опорами валов

Расстояния между опорами валов l определяют реакции опор и эпюры моментов. Эти величины выбирают по эмпирическим формулам в зависимости от типа редуктора [13] и затем уточняют в процессе компоновки.

1) Цилиндрический одноступенчатый редуктор

l = L_ст +2x +W

где L_ст – длина ступицы колеса, равная b₂ или b₂ +(5-10) мм,

x - = 8-15 мм – зазор между зубчатыми колесами и внутренними стенками корпуса редуктора,

W – ширина стенки корпуса редуктора в месте установки подшипников, выбираемая по табл. 5.1. [14]. По этой таблице находится также расстояние e – между опорами ведущего вала конического редуктора, u – расстояние от опоры до середины зубчатого венца консольной конической шестерни, f – расстояние от опоры до середины выходного конца вала. Принятое значение W должно уточняться на выполнение условия W < 1,5B, где B – ширина подшипника.

Таблица 5.1  Линейные размеры валов цилиндрического и конического редукторов

2) Конический одноступенчатый редуктор

Расстояние между опорами ведущего вала принимается по табл. 5.1, а ведомого вала рассчитывается по зависимости

l = 2(L_ст2 +2x + 0,5W)

где L_ст2 =(1,2 - 2,2)b; b – длина зуба колеса.

3) Червячный редуктор

Расстояние между опорами червяка равно l₁ = d_am2.

Расстояние между опорами червячного колеса l₂ = L_ст2 +2x +W

В этих формулах: d_am2 - наружный диаметр червячного колеса;  L_ст2 = b +(10-15) мм – длина ступицы червячного колеса;

b - ширина зубчатого венца червячного колеса