На этой стадии расчета ориентировочно определяется диаметр вала под шестерней (колесом) и диаметр выходного конца. Ориентировочное расчетное значение округляется до стандартного, а диаметры других поверхностей назначаются из конструктивных соображений.
Ориентировочный расчет может быть произведен из условия прочности на кручение: ,
где - крутящий момент равен внешнему, вращающему моменту на валу в Нмм,
- полярный момент сопротивления.
Диаметр вала в расчетном сечении
,мм.
На этой стадии расчета влияние напряжений изгиба учитывается путем выбора пониженных, допускаемых напряжений кручения: - если на конце вала находится полумуфта: - если на конце вала находится звездочка, шкив; - в сечении под колесом. По конструктивным соображениям: диаметр выходного конца вала
,
где dэд - диаметр выходного конца вала электродвигателя: u - передаточное число внешней передачи (между электродвигателем и редуктором).
Если u = 1, т.е. вал электродвигателя и редуктора соединяются муфтой, то
Предварительный (проектный) расчет валов на прочность проводится на статическую прочность для ориентировочного определения диаметров. Исходные данные: расчетная схема, величина вращающего момента и силы в передачах, материал вала.
1) Составляется общая расчетная схема и наносятся силы, действующие в передачах;
2) Составляются расчетные схемы по плоскостям.
3) Определяются реакции опор вертикальной плоскости FАY и FBY строится эпюра изгибающих моментов МX;
4) Определяются реакции опор в горизонтальной плоскости FАX и FBX и строится эпюра изгибающих моментов МY;
5) Определяются суммарные реакции в опорах:
;
6) Для каждого сечения, проходящего через точки (А, В, С и Д) находится суммарный изгибающий момент
и строится суммарная эпюра изгибающего момента Эп Mизг.
7) Строится эпюра крутящих моментов Mz = Т;
8) Для каждого сечения точки А, В, С и Д находится приведенный момент
9) Из уравнения прочности на изгиб
Определяется расчетный диаметр вала в каждом сечении А, В, С и Д;
, мм.
10) Строится теоретический профиль вала в масштабе;
11) Имея теоретический профиль вала строится действительный профиль.
Действительный профиль вала строится таким образом, что контур его нигде не пересекается с теоретическим, т.е. диаметр действительного вала не должен быть меньше теоретического, определенного из расчета на прочность. В местах, где есть шпоночные пазы, расчетный диаметр вала увеличивают на 8 - 10 %. Посадочные места под подшипники одинаковы и округляются кратными 5. Остальные диаметры округляются по нормальному ряду чисел - ГОСТ 6636-69. Разницу между ступенями желательно делать небольшой 3... 10 мм. Подшипники на вал сажаются по посадке L0/k6, зубчатые и червячные колеса по посадке Н7/р6, а на конце вала - по переходной посадке.
Конструктивная форма любого вала обусловлена величинами и направлениями нагрузок, размерами и типом деталей, посаженными на него, способами сопряжения деталей на валах, условиями сборки и изготовления.
Вал, как правило, ступенчатый. Это позволяет: приблизить форму вала к брусу равного сопротивления; легко выполнять сборку и разборку деталей, посаженных на вал; осуществлять осевую фиксацию деталей: разделить и осуществить технические требования на изготовление вала по различным поверхностям в отношении точности, шероховатости и т.д.