Составители: А.А. Сидоренко, Р.Г. Ахматвалиев, В.А. Федоров

УДК 539.4 (07)

ББК 30.121 (я7)

Конструкция и работоспособность валов одноступенчатого зубчатого цилиндрического редуктора. Методические указания для выполнения лабораторной работы по дисциплине «Прикладная механика». /Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: А.А. Сидоренко, Р.Г. Ахматвалиев, В.А. Федоров. – Уфа, 2006. – 29 с.

В работе представлены основы расчета валов на статическую и усталостную прочности, помещены конструкции валов и необходимые при выполнении лабораторной работы справочные материалы. Приведены примеры построения эпюр изгибающих моментов, выполняемые студентами при курсовом проектировании по дисциплинам: «Прикладная механика», «Механика», «Основы конструирования и проектирования».

Предназначены для студентов немеханических специальностей.

Табл. 1. Ил. 20. Библ.: 7 назв.

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. Рубцов В.Н.

канд. техн. наук, доц. Никитин Ю. А.

© Уфимский государственный

авиационный технический университет, 2006

Содержание
1.	Цель работы……………………………………………………	4
2.	Общие сведения о конструкции валов……………………….	5
3.	Конструкции валов одноступенчатого зубчатого цилиндрического редуктора………………………………….	9
4.	Проверочный расчет валов…………………………………...	12
5.	Оборудование и принадлежность	27
6.	Порядок выполнения работы	27
7.	Отчет о работе	28
8.	Контрольные вопросы	28
	Список литературы	29

1. Цель работы

Ознакомление с конструкцией валов одноступенчатого зубчатого цилиндрического редуктора и выполнение проверки работоспособности выходного (тихоходного) вала (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид редуктора

2. Общие сведения о конструкции валов

В механических передачах, а также различных узлах машин содержится ряд деталей, предназначенных для поддержания вращающихся элементов машин – зубчатых и червячных колес, шкивов, звездочек и т.д. Эти 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 вращающие моменты и, помимо изгиба, испытывающие кручение.

Нагрузки (радиальные, осевые, окружные), воспринимаются валами и осями, передаются на корпуса, рамы или станины через опорные устройства – подшипники.

Части валов и осей, непосредственно соприкасающиеся с подшипниками, носят общее наименование – цапфы (рис. 2). цапфу 1, расположенную на конце вала, называют шипом, а цапфу 2 на средней части вала – шейкой. Цапфы, передающие на опоры осевые нагрузки, называют пятами (рис. 3).

Рис. 2:

1 – шип; 2 – шейка.

Рис. 3

Оси могут быть подвижными или вращаться вместе с установленными на них деталями; валы при работе механизма всегда вращаются.

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

По назначению различают валы механических передач (зубчатых, ременных, цепных и т.д.) и коренные валы, несущие, кроме деталей передач, рабочие органы машин. Пример коренных валов – это валы турбин, на которые насажены турбинные диски; валы электродвигателей, несущие роторы.

По форме геометрической оси валы делят на прямые, коленчатые и гибкие. Коленчатые валы используют для преобразования вращательного движения в возвратно – поступательное (компрессоры) или наоборот (поршневые двигатели). Гибкие валы имеют изменяющуюся форму геометрической оси и применяются в приводах механизированного инструмента, приборах дистанционного управления и другие.

По форме и конструктивным признакам различают гладкие валы и ступенчатые (такую форму имеет подавляющее большинство валов). Ступенчатая форма приближается к форме тела равного сопротивления изгибу, что обеспечивает достаточную прочность при минимальном весе (рис. 4). Кроме того, ступенчатая форма вала определяется конструктивными соображениями, в частности, удобством сборки узла (возможностью свободного перемещения детали по валу до места ее посадки) и необходимостью осевой фиксации устанавливаемых на вал деталей и используется в мелкосерийном производстве. Гладкие валы применяются как более технологичные и используются в изделиях массового производства, а также там, где на сопрягаемые с валами детали не действуют осевые нагрузки.

F

l/2

l

Рис. 4. Брус равного сопротивления

Валы могут быть выполнены сплошными или пустотелыми. Применение пустотелых валов дает значительный выигрыш в массе, а в ряде случаев позволяет использовать полость для монтажа электроприводов, подачи масла, установки деталей управления, что характерно для изделия авиа- и космической техники. Однако трудоемкость изготовления валов при этом значительно повышается.

Опорные поверхности валов имеют чаще всего цилиндрическую форму, вместе с тем в передачах приборов для подшипников скольжения применяют также конические и сферические цапфы.

При конструировании валов диаметры посадочных поверхностей под подшипники качения выбирают в соответствии с ГОСТом на подшипники, а в местах установки зубчатых колес, звездочек, шкивов и т.д. – из ряда нормальных линейных размеров.

Переходные участки между двумя поверхностями валов или осей называют ступенькой. Размеры ступеньки зависят от геометрии вала. Их выполняют:

1. с канавкой со скруглением (рис. 5) для выхода шлифовального круга;

2. с галтелью постоянного радиуса (рис. 6) (галтель - поверхность плавного перехода от меньшего сечения вала к большему);

3. С галтелью переменного радиуса (рис. 7), которая способствует снижению концентрации напряжений, а потому применяется на сильно нагруженных участках валов.

I (M 2:1)

d

r

t

I

R

b

Рис. 5. Переходный участок вала с канавкой со скруглением

I (M 2:1)

d

I

t

R

Рис. 6. Переходный участок вала с галтелью постоянного радиуса

d

Рис. 7. Переходный участок вала с галтелью переменного радиуса

Посадочные места валов после токарной обработки обязательно шлифуют.

Материалом для валов и осей, как правило, является сталь, при выборе материала учитывается характер режима нагружения вала (переменность напряжений). В малонагруженных передачах возможно применение конструкционных сталей марок 35, 40, 45, 50. Для средне- и тяжелонагруженных валов применяют легированные стали 40Х, 40ХН, 40ХН2МА и др. Если цапфы изнашиваются (подшипник скольжения с большим радиусом), то применяют стали типа 12ХН3А, 18ХГТ с цементацией мест, подверженных изнашиванию.