4.10.1 Вибір матеріалу валів і визначення допускних напруг

Для виготовлення більшості валів в основному використовують вуглецеві сталі ма­рок 20, 30, 40, 45 та 50, а також леговані сталі марок 20Х, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА та ін. Сталі 40ХН, 40ХН2МА, 30ХГТ, 30ХГСА та ін. застосовують для високона-пружених валів відповідальних машин. Вали з цих сталей підда­ють, як правило, поліпшенню, загартуванню з високим відпуском або поверхневому гартуванню з нагріванням СВЧ і низьким від­пуском (шліцеві вали). Можуть використовуватись і титанові ста­лі ВТЗ-1, ВТ-6 і ВТ-9.

Швидкохідні вали, які обертаються у підшипниках ковзання, вимагають досить високої твердості цапф, а тому їх виготовляють із цементованих сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ або азотованих сталей типу 38Х2МЮА. Хромовані вали мають високу стійкість проти спрацювання. Наприклад, в автомобільній промисловості покрит­тя хромом шийок колінчастих валів збільшує ресурс до перешлі-фування у 3-5 разів.

У редукторі, що проектується, доцільно застосування середньовуглецевих сталей, наприклад, марки 45 і низьколегованих сталей, наприклад, марки 40Х.

Для компенсації приблизності проектного розрахунку, підвищення гарантій його надійності застосовують занижені значення допускних напруг на кручення [  ]_к = 10  20 Нмм^-2 (менше значення – для швидкохідного валу, більше – для тихохідного).

4.10.2 Визначення геометричних параметрів ступінчастих частин редукторних валів

Редукторний вал – це ступінчасте циліндричне тіло, кількість і розміри ступенів якого залежить від кількості і розмірів розташованих на валу деталей.

Проектний розрахунок валів необхідний для розробки його конструкції, визначення орієнтовних геометричних розмірів (діаметр d і довжина ) кожної ступені вала, а саме:

 діаметр вихідного кінця вала під напівмуфту (з боку ведучого вала електродвигуна) або під елемент відкритої передачі (з боку приводу робочої машини:

(4.13)

де М_к = Т – крутний момент, що дорівнює обертовому моменту на

валу, Нм;

– довжина під напівмуфту (або шестірні, зірочки, шківу):

₁ = (1,0  1,5)  d₁ (орієнтовно),

або ₁ = L ,

де L – довжина елемента, що розташований на кінці вала.

Визначаємо діаметри вихідного кінця вала:

– бистрохідного ведучого (під напівмуфту),

– веденого тихохідного (під шестірню відкритої циліндричної передачі).

З таблиці 4.4 маємо: М_к = Т₁ = 12,74 Нм і М_к = Т₂ = 73,26 Нм.

Остаточні значення діаметрів валів в місцях посадки спряжених деталей (шківів, зубчастих коліс, підшипників тощо) округляють до найближчих стандартних значень за ГОСТ 6636-69, рекомендуємо вибирати з ряду значень R_a 40 (таблиця 4.10).

Таблиця 4.10 – Нормальні діаметри і довжини у машинобудуванні (витяг із ГОСТ 6636-69)

Ra 5	Ra 10	Ra 20	Ra 40	Ra 5	Ra 10	Ra 20	Ra 40
10	10	10	10	25	25	25	25
			10,5				26
		11,5	11			28	28
			11,5				30
	12	12	12		32	32	32
			13				34
		14	14			36	36
			15				38
16	16	16	16	40	40	40	40
			17				42
		18	18			45	45
			19				48
	20	20	20		50	50	50
			21				53
		22	22			56	56
			24				60
Примітка. При виборі розмірів перевагу слід віддавати рядам з крупнішою градацією (ряд Ra 5 слід віддавати перевазі над рядом Ra 10; ряд Ra 10  ряду Ra 20; ряд Ra 20  ряду Ra 40).

У відповідності до ряду R_a 40 приймаємо:

 d_1Б = 19 мм (наступний діаметр ступені валу буде мати розмір 20 мм – під внутрішній діаметр підшипника котіння № 204);

 d_1T = 28 мм (орієнтуючись на підшипник котіння № 206, у якого діаметр під вал дорівнює 30 мм) (таблиця 4.11).

Таблиця 4.11 – Кулькові підшипники котіння однорядні (витяг з ГОСТ 8338-75)

Умовне позна-чення підшип-ника	Розміри, мм			Динамічна вантаж-ність	Статична вантаж-ність	Умовне позна-чення підшип-ника	Розміри, мм			Динамічна вантаж-ність	Статична вантаж-ність
	d	D	B				d	D	B
				С, кН	С, кН					С, кН	С, кН
Легка серія 200 Гранична частота обертання кільця підшипника при рідинному мащенні nгр = (16  5)103 хв-1						Cередня серія 300 Гранична частота обертання кільця підшипника при рідинному мащенні nгр = (16  4)103 хв-1
204	20	47	14	12,7	6,2	304	20	52	15	15,90	7,8
205	25	52	15	14,00	6,95	305	25	62	17	22,5	11,40
206	30	62	16	19,50	10,00	306	30	72	19	28,1	14,60
207	35	72	17	25,50	13,70	307	35	80	21	33,2	18,00
208	40	80	18	32,00	17,80	308	40	90	23	41,0	22,4
209	45	85	19	33,20	18,60	309	45	100	25	52,7	30,00
210	50	90	20	35,10	19,80	310	50	110	27	61,8	36,00
211	55	100	21	43,60	25,00	311	55	120	29	71,5	41,50
212	60	110	22	52,00	31,00	312	60	130	31	62,9	48,40
213	65	120	23	56,00	34,00	313	65	140	33	92,3	56,00
214	70	125	24	61,80	37,50	314	70	150	35	104,0	63,00
215	75	130	25	66,30	41,00	315	75	160	37	112,0	72,50

Орієнтуючись на застосування стандартної пружньої втулково-пальцьової муфти, що з’єднує вали електродвигуна і редуктора, визначаємо довжину кінця бистрохідного вала редуктора (рисунок 4.3; таблиця 4.12).

Рисунок 4.3 – Пружня втулково-пальцьова муфта

Таблиця 4.12 – Муфти пружні втулково-пальцьові (витяг з ГОСТ 21424 – 75)

Момент Т, Нм	Кутова швид-кість , рад/с	Отвір, мм		Габаритні розміри		Зміщення осей валів, не більше
		d	l	L	D	поздов-жнє, мм	кутове
31,5	670	16; 18; 19	28	60	90	0,2	1030’
63	600	20; 22; 24	36	76	100
125	480	25; 28;30	42	89	120
250	400	32; 35; 36; 38; 40; 42; 45	50	121	140	0,3	10
500	380	40; 42; 45	82	169	170
710	315	48; 50; 55; 56	82	170	190	0,4
1000	300	50; 55; 56	82	170	220

З одного боку довжина кінця вала повинна задовольняти наступний вираз у відповідності до його діаметра:

, (4.14)

а з іншого  з урахуванням довжини напівмуфти (рисунок 4.3) приймаємо

Приймаємо довжину кінця тихохідного валу редуктора, на якому розташовується шестірня відкритої передачі відповідно до ширини її вінця, тобто:

Далі діаметри ступенів вала визначаємо або за напрацьова-ними практикою проектування емпіричними залежностями, або за конструктивними міркуваннями, ступінчасто збільшуючи діаметр вала від вихідного кінця до центральної ділянки (під шестірню або колесо редуктора), після чого йде ступінчасте зменшення діаметра, закінчуючи розміром діаметра вала під внутрішній діаметр підшипника котіння.

На рисунку 4.4 наведений ескіз вала шестірні (бистрохідного вала) в складеному вигляді. Виконують так зване компонувальне креслення, на якому дозволяється використовувати умовні зображення виробів; опускати деякі елементи перерізу, наприклад, при перерізі редуктора по рознімній площині не показувати місця розрізу кріпильних болтів; спрощувати конструкцію деталі; лінії штрихування проводити від руки; місця кріплення деталей болтами зображати штрих пунктирною лінією тощо.

Рисунок 4.4 – Ескіз вала шестірні редуктора в складеному вигляді 1 – корпус, 2 – вал шестірні; 3 – підшипник; 4 – врізна кришка; 5 – ущільнення

Підшипникові опори прийняті із застосуванням врізних (закладних) кришок. Закладні кришки широко застосовують в редукторах, що мають площину роз'єму корпусу по осях валів. Ці кришки не вимагають спеціального кріплення до корпусу різьбовими деталями. Вони утримуються кільцевим виступом, для якого в корпусі редуктора проточують канавку.

Із рисунка 4.4 наочно видно, що крім раніше визначених розмірів валу d₁ = 19 мм і ₁ = 28 мм інші розміри ступенів бистрохідного вала можна визначити з конструктивних міркувань, а саме:

де  внутрішній діаметр підшипника котіння (№ 205);

₂ = h + 3 мм + В = 14 + 3 + 15 = 32 мм ,

де h  товщина врізної (закладної) кришки,

В  ширина підшипника котіння № 205;

,

( ₃ приймаэмо з урахуванням зазору між торцем шестірні і корпусом редуктора);

Аналогічно визначаємо розміри ступенів тихохідного вала редуктора:

d₁ = 28 мм, ₁ = 34 мм ;

d₂ = 30 мм (під підшипник № 206), ₂ = h + 4 + B =

= 14+ 4 + 16 = 34 мм ;

;

d₄ = 40 мм > d₃ ; ₄ = b₂ = 30 мм;

₅ = B = 16 мм.