Предварительный расчет и проектирование валов

Адигамов К.А., Тропина Н.Н.

Методика расчета валов и проверки

долговечности подшипников

УЧЕБНOE ПОСОБИЕ

по курсу «Детали машин и основы конструирования»

для студентов специальностей

170700, 230300, 230100, 150200

механико-радиотехнического факультета и

Института дистанционного и заочного обучения

Шахты2006 г.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Предварительный расчет и проектирование валов

В процессе эксплуатации валы передач испытывают деформации от действия внешних сил, масс самих валов и масс насаженных на них деталей. В проектируемых студентами передачах массы валов и деталей сравнительно невелики, поэтому при расчете их влиянием пренебрегают.

Предварительный расчет валов производят по напряжениям кручения. При этом определяют наименьший диаметр вала:

,

где - допускаемое напряжение на кручение, для валов из сталей 40, 45 принимают пониженные значения =15-20 МПа.

Полученный результат округляют до ближайшего большего значения из стандартного ряда: 10; 10,5;11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 33; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 115; 120; 125; 130 и далее через 10 мм.

Для редукторов общего назначения рекомендуется изготовлять валы одинакового диаметра по всей длине, а допуски на отдельных участках вала назначать в соответствии с требуемыми посадками насаживаемых деталей. Но, если места посадок отдалены от конца ва­ла, то установка деталей затрудняется. Поэтому для удобства сбор­ки и разборки узла вала, замены подшипников, зубчатых колес, звез­дочек и других насаживаемых деталей, валы выполняют ступенчатыми.

Определив минимальный диаметр вала, намечают его конструкцию ступенчатой формы и устанавливают основные размеры - диаметры и длины участков вала, расстояния между опорами и др.

Основные требования к конструкциям валов:

· конструкцию вала определяют сидящие на нем детали, их размеры и расположение опор, поэтому на валу должны быть предусмотрены цилиндрические или конические посадочные участки и элементы, фиксирующие насаженные на вал детали в осевом направлении (упорные буртики, проточки для пружинных колец, резьба для гаек и др.);

· вал должен быть сконструирован так, чтобы при сборке каждая сидящая на нем деталь проходила до своего места посадки без натя­га;

· длина посадочной поверхности не должна быть лишней - это облегчает сборку с натягом деталей на валу;

· величину перепадов диаметров ступеней вала необходимо делать минимальной, что уменьшает расход металла и трудоемкость механической обработки;

· сопряжение двух соседних диаметров вала необходимо производить посредством галтелей с возможно большим радиусом;

· если на валу необходимо выполнить несколько шпоночных пазов, их располагают на одной образующей, что обеспечит фрезерование шпоночных пазов с одной установки на станке;

· торцы валов и уступы средних участков должны иметь фаски, обеспечивающие притупление острых кромок и удобство сборки, разме­ры фасок составляют стандартный ряд чисел (мм): 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3; 4; 5; б; 6; 10; 12; 16; 20.

С учетом этих требований определим размеры входного вала редуктора ступенчатой конструкции, схема которого показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1

Диаметры отдельных участков вала можно определить следующим образом. Диаметр рассчитывается по формуле на стр. 3, а полученный результат округляется до ближайшего большего значения из стандартного ряда.

Диаметр является посадочным размером под подшипник, он равен внутреннему диаметру принятого подшипника.

Диаметр принимают из выражения:

,

по аналогии

.

Диаметр , так как на этом участке вала будет установлен второй (правый) подшипник.

На участке вала длиной должен быть установлен на шпонке шкив ременной передачи (рис. 1.1). Длина участка определяется из выражений:

или ,

где - ширина ступицы шкива, принимается из справочных данных.

Участок вала длиной предназначен для установки левого подшипника и сквозной крышки с манжетным уплотнением. Длина участка равна:

На участке вала длиной должна быть размещена ступица зубчатого колеса:

,

где - ширина ступицы зубчатого колеса:

.

Буртик шириной предназначен для упора зубчатого колеса, .

Участок вала длиной предназначен для установки правого подшипника. Его длина равна:

,

где В – ширина подшипника, принимается из справочных данных.

Точки А, В, С, D являются точками приложения сил и реакций, причем в точках А и С должны быть показаны силы, действующие на шкив ременной передачи и зубчатое колесо, а в точках В и D необходимо определить реакции в опорах, вызываемые этими силами, для чего нужно знать длины участков а, в, с. Эти размеры можно определить по формулам:

Аналогично может быть разработана конструкция выходного вала редуктора.