1.3. Тихоходный вал

Тихоходные валы имеют концевой участок, участок для установки подшипников и средний участок вала между подшипниковыми опорами, где размещают зубчатое (червячное) колесо (рис. 1.8).

Из условия прочности на кручение по формуле (1.1) определяется диаметр d концевого участка вала, принимая [t]к=20...25 МПа. Диаметры dп,dбп и dбк определяют по рекомендациям см. п.1.1.

Валы следует конструировать по возможности гладкими, с минимальным числом уступов (рис. 1.8 а,б).

а)

d dп dбп dп

б )

d dп dп

в)

d бк

d dп dбп dк dбк dбп dп

Рис. 1.8

Наиболее простая конструкция вала показана на рис. 1.8 а. В сопряжении колеса с валом использована посадка с большим натягом. Подшипники установлены до упора в заплечики вала. Иногда между подшипником и колесом располагают дистанционные втулки (рис. 1.8 б). В этом случае вал может быть гладким, одного номинального диаметра, разные участки которого выполняют с различными отклонениями. Здесь существенно сокращается расход металла на изготовление вала, что особенно важно в условиях крупносерийного производства. В индивидуальном и мелкосерийном производстве валы целесообразно снабдить буртами для упора колес (рис. 1.8 в).

Для повышения технологичности конструкции радиусы галтелей и размеры фасок на одном валу желательно принимать одинаковыми.

2. Расчет вала на выносливость

Выносливость вала (прочность при переменных во времени напряжениях) в большей степени зависит от влияния абсолютных размеров и его конструктивных форм в местах перехода между ступенями и в местах шлицев, пазов, отверстий и других факторов. Эта зависимость объясняется тем, что в таких переходах возникает концентрация напряжений изгиба и кручения. Для учета этих факторов очевидно, что конструкция и размеры вала должны быть известны.

Расчет на выносливость выполняется после выполнения эскизного проектирования редуктора, расчета подшипников качения, выбора и расчета шпонок.

Рекомендуется следующая последовательность расчетов и построений:

• дают эскиз вала с насаженными деталями, с указанием размеров и концентраторов напряжений (рис. 2.1 а);

• выполняют построение эпюр изгибающих и крутящих моментов;

• устанавливают опасные сечения и определяют для них напряжения изгиба и кручения;

• выполняют проверочный расчет на выносливость.

2.1. Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов

Для построения эпюр приводится расчетная схема вала (рис. 2.1 б), аналогичная той, которая использовалась для расчета подшипников качения на долговечность (см. пункт2.1 [1]). Рядом с расчетной схемой указывают значения всех сил, реакций и направление координатных осей.

Находят изгибающие моменты и строят эпюру этих моментов Мz (рис. 2.1 в) в горизонтальной плоскости.

Определяют изгибающие моменты и строят эпюру моментов Mу (рис. 2.1 г) в вертикальной плоскости.

Строят эпюру крутящих моментов Т (рис. 2.1 д).

I

а) ... ...

...

b

... ... ...

t

I

б) Ft1

FA1

А FAz FBz В z

d2 d1 Fr2

0 x

Fr1 FA2 у

Ft2 FBу

FAу L2 Ft1=....; Fr1=....;

L3 FA1=...; d2=....;

L Ft2=...; Fr2=...;

FA2=...; d1=....;

в) Эпюра Мz , Hм FAz=...; FAу=...;

FBz=...; FBу=...;

г) Эпюра Му, Hм

д) Эпюра Т, Hм

Рис. 2.1