4. Проектний розрахунок валів та опорних конструкцій

У різних вузлах машин (у тому числі в механічних передачах) міститься ряд деталей, призначених для підтримання елементів зубчастих і черв'ячних коліс, що обертаються, шківів, зірочок і т.д. Такі деталі називаються валами та осями. По конструкції осі і прямі вали мало відрізняються один від одного, але характер їх роботи істотно різний: осі є деталями, що підтримують, і сприймають тільки згинальні навантаження; вали є ланками механізмів, що передають крутні моменти і, крім вигину, відчувають кручення.

Навантаження, що сприймаються валами та осями, передаються на корпуси, рами та станини через опорні пристрої підшипники.

Частини валів і осей, які безпосередньо стикаються з підшипниками, носять загальне найменування «цапфи». Цапфу, розташовану на кінці валу, називають шипом, а цапфу на середній частині валу шийкою. Цапфи, що передають на опори осьові навантаження, називають п'ятами.

Осі можуть бути нерухомими або обертатися разом із насадженими на них деталями. Вали під час роботи механізму завжди обертаються.

Ознаками для класифікації валів є їх призначення, форма геометричної осі, конструктивні особливості.

Основними критеріями працездатності проектованих редукторних валів є міцність та витривалість. Вони відчувають складну деформацію спільної дії кручення, вигину та розтягування (стиснення). Але оскільки напруги у валах від розтягування невеликі, їх зазвичай не враховують.

Розрахунок редукторних валів проводиться у два етапи:

1-й проектний (наближений) розрахунок валів на чисте кручення;

2-й перевірочний (уточнений) розрахунок валів на витривалість за напругою вигину та кручення.

4.1. Вибір матеріалу валів

Вали редукторів рекомендується виготовляти з конструкційнихвуглецевих та слабо легованих марок сталі (сталь 40, сталь 45, сталь 40Х, сталь 40ХН). Для підвищення механічних властивостей зазвичай вводять загальну термообробку до твердості НВ 230-260 і при необхідності (шліцевий хвостовик або вал-шестерня) поверхневе загартування до твердості HRC 38-42. Механічні характеристики сталей виготовлення валів визначають по табл. 2.1 (див. розділ "Розрахунок зубчастих передач").

4.2. Вибір напруг, що допускаються, на кручення

Проектний розрахунок валів редуктора виконують тільки за напругою кручення (як при чистому крученні), тобто при цьому не враховують напруги вигину, концентрації напруги і змінність напруги в часі (цикли напруги). Для компенсації цього значення напруг, що допускаються, на кручення вибирають заниженими в межах = 12. 15 Н/мм 2 . Найменші значення для швидкохідних валів, великі значення для тихохідних валів.

4.3. Визначення геометричних параметрів ступенів валів

Редукторний вал є ступінчастим циліндричним тілом, кількість і розміри ступенів якого залежать від кількості і розмірів встановлених на вал деталей. На рис. 4.1 наведено типові конструкції валів одноступінчастих редукторів:а– швидкохідний – циліндричного;б– швидкохідний – конічний;в– тихохідний ( - у конічному редукторі).

Проектний розрахунок ставить за мету визначити орієнтовно геометричні розміри кожного ступеня валу: її діаметрdі довжинуl(див. табл.4.1).

Таблиця 4.1. Визначення розмірів щаблів валів одноступінчастих редукторів, мм

Ступінь валу та її параметри

Вал-шестерня циліндрична (рис.4.1,а)

1 – під елемент відкритої

передачі або напівмуфту

деТ− крутниймомент, Нм (1)

2 – під ущільнення кришки з

отвором та підшипник

тільки під ущільнення

l5 визначити графічно

3 – під шестірню, колесо

можливо

можливо ; приd3>da1

l3 визначити графічно на ескізному компонуванні

4 – під підшипник

l4 =B− для кулькових підшипників;

l4 =B− для роликових конічних підшипників

1. Значення висотиtзаплечика (буртика) іfвеличини фаски маточини колеса та координати фаскиrmax підшипника визначають залежно від діаметра щабліdза наступною таблицею:

2. Діаметрd1 вихідного кінця швидкохідного валу, з'єднаного з двигуном через муфту, визначити за співвідношеннямd1 = (0,8. 1,2)d1(дв), деd1(дв) – діаметр вихідного кінця валу ротора двигуна (див. табл. 1.4).

3. Діаметриd2 таd4 під підшипник округлити до найближчого стандартного діаметра внутрішнього кільця підшипникаdп.

4. Діаметри ступенів (крімd2 таd4) округлити до найближчого стандартного значення з рядуRa40 (див. табл. 2.5).

Якщо на вихідному валу редуктора консольно встановлені ланцюгова зірочка або шків ременной передачі, то мінімальний розрахунковий діаметр за формулою (1) в таблиці 4.1 буде під цією зірочкою, а інші підуть на збільшення.