4. Проектирование валов

1. Эскизная компоновка

Эскизную компоновку (ЭК) выполняем в масштабе 2.5:1.

ЭК выполняем в следующей последовательности:

1. На расстояниях ,мм, ,мм, ,мм, ,мм, ,мм проводим оси валов привода.

2. Определяем диаметры валов по формуле

,

где - момент на i-том валу привода;

-допускаемые касательные напряжения, =15..25Мпа; принимаем =20Мпа.

Тогда диаметр первого вала

;

Диаметр второго вала

;

Диаметр третьего вала

Диаметр четвертого вала

;

Диаметр пятого вала

Диаметр шестого вала

;

Диаметр седьмого вала

Для установки валов выбираем подшипники ШПРО легкой серии. Основные характеристики подшипников приведены в табл. 5.

Таблица 5

d, мм	D,мм	B, мм
3	10	4
4	13	5
6	19	6
9	26	8

В соответствии с этим принимаем: , , , .

3. На чертеже проводим линии, изображающие валы.

4. На чертеж наносим изображения зубчатых колес в соответствии с размерами, указанные на рис.3 и рис.4.

Рис. 3

Рис. 4

5. Наносим изображения подшипников в соответствии с таблицей 5 и рис.5

.

Рис. 5

Зазоры между зубчатыми колесами и подшипниками 3, мм.

6. Определяем длины участков между центрами подшипников и зубчатых колес выходного вала (рис. 6).

Рис. 6

; ; .

2. Выбор материалов

Для валов часто применяют стали марок 20..30. Неответственные, малонагруженные валы можно изготавливать из сталей марок Ст3, Ст4 и Ст5. Углеродистые стали подвергают нормализации. Конструкционные легированные стали 40Х,45ХН,40Г,50Г,30ХГТ,35ХГС и другие применяют при необходимости ограничить массу и габаритные размеры вала, повысить стойкость шлицевых соединений, а также в случае предъявления особых требований к качеству поверхностных слоев вала или зубьев, нарезанных на валу.

При работе в средах с повышенными температурами для валов используют нержавеющие стали 1Х13, 3Х13 (t<600С), сложнолегированные стаи аустенитного класса 1Х18Н3Т, Х23Н18(t<800C) и сплавы на никелевой основе Х15Н60,Х20Н80(t<950) и др. Кроме способности работать при высоких температурах жаропрочные стали и сплавы обладают высокой износостойкостью в абразивных средах.

В точной механике валы изготавливают и из алюминиевых сплавов, для уменьшения массы, а также если вал должен быть изолятором, широко используют синтетические материалы: аминопласт МФ, фенопласт К18-2, текстолит, винипласт, органическое стекло, полиэтилен, фторопласт, полистирол и другие термопласты.

Для изготовления валов применяем легированную сталь марки 40Х. Механические свойства стали 40Х до диаметра заготовки 120 мм приведены в таблице 6.

Таблица 6

Материал	,МПа	,МПа	,МПа	,МПа
Сталь40Х	900	750	410	240	0,15	0,05

3. Расчет нагрузок, действующих на выходной вал

   1. Расчет сил, действующих в зацеплении конической передачи

Схема сил, действующих в зацеплениях зубчатых передач, представлена на рис. 7.

Рис. 7

Определяем силы, действующие в зацеплении конической передачи.

Окружные силы, действующие в зацеплении конической передачи

Осевая сила, действующая на шестерню и радиальная сила, действующая на колесо

где

- угол зацепления, .

Осевая сила, действующая на колесо и радиальная сила, действующая на шестерню

Определяем сосредоточенный момент от осевой силы.