Проектный расчет валов и опорных конструкций

В различных узлах машин (в том числе в механических передачах) содержится ряд деталей, предназначенных для поддерживания вращающихся элементов зубчатых и червячных колёс, шкивов, звёздочек и т.д. Такие детали называются валами и осями. По конструкции оси и прямые валы мало отличаются друг от друга, но характер их работы существенно различен: оси являются поддерживающими деталями и воспринимают только изгибающие нагрузки; валы представляют собой звенья механизмов, передающие крутящие моменты и, помимо изгиба, испытывают кручение.

Нагрузки, воспринимаемые валами и осями, передаются на корпуса, рамы и станины через опорные устройства подшипники.

Части валов и осей, непосредственно соприкасающиеся с подшипниками, носят общее наименование «цапфы». Цапфу, расположенную на конце вала, называют шипом, а цапфу на средней части вала шейкой. Цапфы, передающие на опоры осевые нагрузки, называют пятами.

Оси могут быть неподвижными или вращаться вместе с насаженными на них деталями. Валы при работе механизма всегда вращаются.

Признаками для классификации валов служат их назначение, форма геометрической оси, конструктивные особенности.

Основными критериями работоспособности проектируемых редукторных валов являются прочность и выносливость. Они испытывают сложную деформацию совместное действие кручения, изгиба и растяжения (сжатия). Но так как напряжения в валах от растяжения небольшие, то их обычно не учитывают.

Расчёт редукторных валов производится в два этапа:

1-й проектный (приближённый) расчёт валов на чистое кручение;

2-й проверочный (уточнённый) расчёт валов на выносливость по напряжениям изгиба и кручения.

Выбор материала валов

В проектируемых редукторах для валов рекомендуется применять термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х, 40ХН и др. Механические характеристики сталей для изготовления валов определяют по табл. 2.1.

Выбор допускаемых напряжений на кручение

Проектный расчёт валов редуктора выполняют только по напряжениям кручения (как при чистом кручении), то есть при этом не учитывают напряжений изгиба, концентрации напряжений и переменность напряжений во времени (циклы напряжений). Для компенсации этого значения допускаемых напряжений на кручение выбирают заниженными в пределах [] K = 12...15 Н/мм2. Меньшие значения [] K для быстроходных валов, большие значения [] K для тихоходных валов.

Определение геометрических параметров ступеней

Валов

Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступеней которого зависят от количества и размеров установленных на вал деталей. На рис. 3.1 приведены типовые конструкции валов одноступенчатых редукторов: а – быстроходный – цилиндрического; б – быстроходный – конического; в – тихоходный ( - в коническом редукторе).

Рис.3.1

Проектный расчёт ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала: её диаметр d и длину l (см. табл. 3.1).

Таблица 3.1

Определение размеров ступеней валов одноступенчатых редукторов, мм

Ступень вала и её параметры d, l	Вал-шестерня коническая (рис. 3.1, б)	Вал-шестерня цилиндрическая (рис.3.1, а)	Вал колеса   (рис. 3.1, в)
1	2	3	4	5
1 – под элемент открытой	d 1	где Т - крутящий момент, Нм
передачи или полумуфту	l 1	l1 = (0.8...1.5) d 1- под звёздочку; l 1= (1.0...1.5) d 1- под шестерню; l 1= (1.2...1.5) d 1- под шкив; l 1= (1.0...1.5) d 1- под полумуфту
2 – под уплотнение крышки с	d 2	d 2 = d 1 + 2t- только под уплотнение	d 2 = d 1 + 2t
отверстием и подшипник	l 2	l 2 0.6 d 4 - только под уплотнение	l 2 1.5 d2	l 3 1.25 d 2
3 – под шестерню, колесо	d 3	d 3 = d 4 + 3.2 r возможно d 3 dfe 1	d 3 = d 2 + 3.2 r возможно d 3 df 1; при d 3> da 1 принять d 3= da 1	d 3 = d 2 + 3.2 r
	l 3	l 3 определить графически на эскизной компоновке
	d 4	d 4 = d 5 + (2...4 )	d 4 = d 2
4 – под подшипник	l 4	l 4определить графически	l 4= B - для шариковых подшипников; l 4= B - для роликовых конических подшипников

Окончание табл. 3.1

1	2	3	4	5
5 – под резьбу	d 5	d 5под резьбу определить в зависимости от d 2	Не конструируют	d 5= d 3 + 3 f; сту-пень можно за-менить распор-ной втулкой
	l 5	l 5 0.4 d4		l 5 определить графически

Примечания:

1. Значения высоты t заплечика (буртика) и f величины фаски ступицы колеса и координаты фаски r _max подшипника определяют в зависимости от диаметра ступени d по следующей таблице:

	d	17...24	25...30	32...40	42...50	52...60	62...70	71...85
	t		3,5	3,5	4,0	4,5	4,6	5,6
	r max	1,5	2,0	2,5	3,0	3,0	3,5	3,5
	f			1.2	1.6			2,5

2. Диаметр d 1 выходного конца быстроходного вала, соединённого с двигателем через муфту, определить по соотношению d 1= (0.8...1.2) d 1(дв), где d 1(дв)- диаметр выходного конца вала ротора двигателя (см. табл. 1.4)..

3. Диаметры d 2 и d 4 под подшипник округлить до ближайшего стандартного диаметра внутреннего кольца подшипника d _п.

4. Диаметры ступеней (кроме d 2 и d 4) округлить до ближайшего стандартного значения из ряда Ra 40 (см. табл. 2.5).

Дата добавления: 2015-07-26