Ориентировочный расчет и конструирование валов редукторов

Ориентировочный расчет выполняется как проектный для предварительного определения диаметра вала. Расчет ведется на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям без учета влияния изгиба:

d_i = . (4.1)

где d_i — диаметр вала, мм;

Т_i — вращающий момент на валу, Н∙мм;

[τ] — допускаемое напряжение на кручение, Н/мм².

Для двухступенчатого редуктора по приведенной формуле рассчитывают диаметры выходных участков валов.

При определении диаметров выходных концов ведущего 1 и ведомого 3 валов рекомендуется принимать [τ] = 20 – 25 Н/мм² (МПа), диаметра промежуточного вала 2 под колесом – [τ] = 10 – 13 Н/мм² (МПа). Значения допускаемых напряжений приведены для сталей 35, 40, 45 (или Ст 5, Ст 6).

Полученные значения диаметров концевых участков валов должны быть округлены по ГОСТ 12080-66 до ближайших из ряда: 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90.

Диаметры остальных участков валов (рис. 4.5) определяют с учетом удобства посадки на вал подшипников качения, зубчатых колес и необходимости фиксации этих деталей на валах в осевом направлении буртиками. Вычисленные значения округляют по ГОСТ 6636-69 до ближайших из ряда: 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 60, 63, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 125, 130.

Диаметр вала под уплотнение согласовывается с ГОСТ 8752-79 до ближайшего из ряда размеров резиновой армированной манжеты: 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 35, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 48, 50, 52, 55, 56, 58, 60, 62, 63, 65, 67, 68, 70, 71, 75, 80, 82, 85, 90, 92, 95, 100, 105, 110, 115, 120.

Диаметры отдельных ступеней валов рекомендуется определять по приведенным ниже зависимостям.

Ведущий вал (рис. 4.2, а) (шестерня выполнена заодно с валом).

d₁ = ; d_упл = d₁ + 2t; d_п ≥ d_упл; d_б.п = d_п + 3r,

где d_упл, d_п — диаметры вала под уплотнение и подшипник, мм;

d_б.п — диаметр буртика вала для базирования подшипника, мм;

t — высота буртика, мм (табл. 4.1);

r — координата фаски подшипника, мм (табл. 4.1).

Диаметр под подшипник должен быть кратен 5.

Все значения диаметров необходимо округлять до ближайших стандартных чисел (ГОСТ 12080-66, ГОСТ 6636-69, ГОСТ 8752-79).

Промежуточный вал (рис. 4.2, б).

d₂ = ; d_{п. пр} = d₂ – 3r; d_б.п = d_п + 3r; d_б.к = d₂ + 3f,

где d_{п. пр} — предварительный диаметр подшипника, который следует округлить до значения, кратного 5, мм (d_п);

d_п — определенное (стандартное) значение диаметра подшипника, мм;

d_б.к — диаметр буртика для базирования колеса и шестерни, мм;

ƒ — размер фаски колеса и шестерни, мм. (табл. 4.1)

Ведомый вал (рис, 4.2, в).

d₃ = ; d_упл = d₃ + 2 t; d_п ≥ d_упл; d_б.п = d_п + 3 r; d_б.п ≥ d_к > d_п;

d_б.к = d_к + 3f.

Таблица 4.1

Высота буртика t, координата фаски подшипника r, размер фаски f

Параметры	Диаметр вала, мм
17 – 24	25 – 30	32 – 40	42 – 50	52 – 60	62 – 70	71 – 85
t		2,2	2,5	2,8		3,3	3,5
r	1,6		2,5			3,5	3,5
f			1,2	1,6			2,5

Длины участков вала определяются в зависимости от размеров размещаемых на нем деталей и расстояний между ними.

а

б

в

Рис. 4.2 Конструкции валов редукторов

Пример расчета:

Рассчитать и сконструировать ведущий вал цилиндрического двухступенчатого редуктора. Передаваемый вращающий момент Т₁ = 60∙10³ Н∙мм, материал вала — сталь 45.

Диаметр выходного конца вала, мм

d₁ = ; d₁ = = 23,89.

Значение d₁ округляем до ближайшего по ГОСТ 12080-66: d₁ = 25 мм.

Диаметр вала под уплотнение, мм

d_упл = d₁ + 2 t; d_упл = 25 + 2∙2,2 = 29,4.

Значение d_упл округляем по ГОСТ 8752-79: d_упл = 30 мм.

Диаметр вала под подшипник рекомендуется принять d_п ≥ d_упл, но должен быть кратен 5 (при d_упл > 20 мм). Принимаем d_п = 35 мм.

Диаметр буртика вала для базирования подшипника, мм

d_б.п = d_п + 3 r; d_б.п = 35 + 3∙2,5 = 42,5.

Значение d_б.п округляем по ГОСТ 6636-69: d_б.п = 42 мм.

При съемной шестерне вал следует конструировать, используя формулы для ведомого вала. После определения размеров всех ступеней вала, выполняется эскиз с указанием расчетных величин.

Задача 5