8 Конструктивный и проверочный расчет валов

8.1 Конструктивный расчет валов редуктора

Конструирование вала начинают с определения диаметра выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба.

, (8.1)

где М - крутящий момент, Н·мм; [τ_К] - допускаемое напряжение на кручение; для валов из сталей 40, 45, Ст6 принимают пониженное значение [τ_К] = 15..20 МПа (Н/мм²).

Полученный результат округляют до ближайшего большего значения. Из нормализованного ряда: 10; 10.5; 11; 11.5; 12; 13; 14; 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; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 130 и далее через 10 мм.

Валы для редукторов общего назначения рекомендуется изготовлять одинакового диаметра по всей длине. При этом, необходимо назначать допуски на отдельных участках вала в соответствии с требуемыми посадками насаживаемых деталей.

Для облегчения монтажа на вал подшипников, зубчатых колес и других деталей применяют ступенчатую конструкцию. Соединение вала редуктора с валом электродвигателя стандартной муфтой возможно при условии, разницы диаметров не более 20%.

Затем назначается диаметр вала под манжеты, подшипники и зубчатые колеса.

Диаметры остальных участках валов назначают исходя из конструктивных соображений при компоновке редуктора.

8.2 Уточненный расчет валов

Наметив конструкцию вала, установив основные размеры его (диаметры и длины участков вала, расстояния между серединами опор и др.), выполняют уточненный проверочный расчет, заключающийся в определении коэффициентов запаса прочности S в опасных сечениях:

(8.2)

Расчетное значение S должно быть не ниже допускаемого, [S]=2,5.

Где S_σ - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям,

(8.3)

где σ_-1 - предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба; для углеродистых конструкционных сталей σ_-1 = 0,43 σ_В; k_σ - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений; ε_σ - масштабный фактор для нормальных напряжений; β - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности: при Rа = 0,32..2,5 мкм принимают β = 0,97...0,90; σ_V - амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба σ_и в рассматриваемом сечении; σ_м - среднее напряжение цикла нормальных напряжений; если осевая нагрузка F_a на вал отсутствует или пренебрежимо мала, то принимают σ_м =0; в противном случае:

(8.4)

Для углеродистых сталей принимают Ψ_σ = 0,2; для легированных сталей Ψ_σ = 0,25..0,30.

S_τ - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

(8.5)

Здесь τ_-1 - предел выносливости стали при симметричном цикле кручения; для конструкционных сталей принимают τ_-1 = 0,58 σ_-1, остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в предыдущей формуле, с той разницей , что они относятся к напряжениям кручения. Для упомянутых выше сталей принимают Ψ_τ = 0,1; значения τ_v и τ_m, определяют в предположении, что вследствие колебания крутящего момента напряжения кручения изменяются по отнулевому циклу, т.е.

(8.6)

где W_k - момент сопротивления кручению.

Тщательной проверке подвергают особо опасные сечения:

• По шпоночной канавке;

• Переходу к меньшему диаметру;

• Месту посадки подшипника с гарантированным натягом.