6. Конструирование валов редуктора

6.1. Расчет диаметров валов

Основной внешней силой, действующей на вал редуктора с прямозубой цилиндрической передачей, является крутящий момент. Прочность вала, имеющего ступенчатую конструкцию в соответствии с заданием (см. рис. 3-5), лимитируется его цилиндрическим концом, где поперечное сечение наименьшее. Диаметр цилиндрического конца вала, обеспечивающий его прочность при кручении, рассчитывают по формуле:

,

где – допускаемые напряжения кручения, определяемые механическими свойствами материала вала, так, что

,

где – коэффициент, учитывающий как динамические условия работы, так и наличие шпоночного паза на валу. Рекомендуемое значение . При этом

В большинстве случаев (см. рис. 3-5) вал быстроходной ступени выполнен за одно целое с шестерней, следовательно, для него механические свойства материала уже определены. Материал вала зубчатых колес принимают ст. 35, 40, 45 и др. При выполнении расчетов будем принимать при необходимости сталь 45 (см. табл. 5).

В рассмотренном примере для ведущего вала получим:

;

.

Поскольку диаметр вала электродвигателя d_дв = 48 мм, то необходимо из условия их соединения муфтой согласовать диаметры обоих валов по условию, что . Этот диаметр соответствует устанавливаемому стандартом (см. табл. 7).

Для ведомого вала из стали 45 принимаем то же значения и рассчитываем

.

Принимаем стандартный размер d_в2 = 45 мм.

Остальные диаметры и линейные размеры вала (рис. 8) выбираем по примеру исполнения редуктора с учетом стандарта СЭВ 514-77 (см табл. 7):

• под уплотнения d_yl = 38 мм; d_y2 = 48 мм;

• под подшипники d_nl = 40 мм; d_n2 = 50 мм;

• под ступицу колеса d_к2 = 55 мм;

• длина цилиндра под ступицу колеса

^.

Принимаем l_cm2 = 80 мм;

• длины выходных концов валов:

^;

Принимаем l_в1 = 60 мм; l_в2 = 80 мм;

Рис. 8. Валы редуктора (а – ведущий; б – ведомый).

6.2. Расчет шпоночных соединений

Для присоединения зубчатых колес к валам применяются различные виды соединений. Некоторые из них показаны на рисунке 9.

цилиндрическое и коническое с натягом	шлицевое
шпоночные с призматической, цилиндрической и сегментной шпонками

Рис. 9. Виды соединений валов и колес

Размеры призматических шпонок (см. рис. 10, табл. 8) выбираем по диаметру вала:

• для ведущего вала d_в1 = 36 мм => b ∙ h = 10 ∙ 8

• для ведомого вала d_в2 = 45 мм => b ∙ h = 14 ∙ 9

Длину призматической шпонки выбираем из стандартного ряда в соответствии с расчетом на смятие по боковым сторонам шпонки:

,

где: l_p – рабочая длина шпонки;

Т – наибольший крутящий момент с учетом динамических нагрузок при пуске или внезапном торможении;

t₁ ≈ 0,6 ∙ h – заглубление шпонки в вал;

h – высота шпонки;

[σ_см] – допускаемые напряжения смятия

,

где: [s] – допускаемый коэффициент запаса.

Длина шпонки рассчитывается по формуле:

l = l_p + b.

Для шпонок из чистотянутой стали 45Х принимаем σ_Т = 400 МПа. При не реверсивной маломеняющейся нагрузке [s] = 2,3.

Таблица 8

Размеры призматических шпонок по СТ СЭВ 189-75 (в мм)

Диаметр вала	Размеры шпонки		Размеры паза		Диаметр вала	Размеры шпонки		Размеры паза
	b	h	вала t1	отв. t2		b	h	вала t1	отв. t2
12-17	5	5	3	2,3	50-58	16	10	6	4,3
17-22	6	6	3,5	2,8	58-65	18	11	7	4,4
22-30	8	7	4	3,3	65-75	20	12	7,5	4,9
30-38	10	8	5	3,3	75-85	22	14	9	5,4
38-44	12	8	5	3,3	85-95	25	14	9	5,4
44-50	14	9	5,5	3,8	95-110	23	15	10	6,4
					110-130	32	18	11	7,4
Стандартный ряд длин: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100

Рис. 10. Размеры шпоночных соединений

Принимаем с учетом таблицы 8 l₁ = 16 мм; l₂ = 32 мм и проверяем условия: l₁ = 16 мм < l₁ = 60 мм; l₂ = 32 мм < l₂ = 80 мм.