3. Проектировочный расчет валов.

3.1. Расчет быстроходного вала.

Установка на одном валу деталей с различными посадками и типами соединений определяет ступенчатую конструкцию вала; перепад последовательных ступеней регламентирован условиями свободного прохода насаживаемых деталей до мест их посадок без задеваний и повреждений других участков и должен назначаться минимальным;

Место выхода из корпуса вращающегося вала требует уплотнения подвижного соединения; для предохранения от вытекания из редуктора смазочного материала, а также для защиты от попадания извне пыли и влаги данные участки вала должны быть уплотнены и согласованы с размерами уплотнительного устройства и условиями их монтажа;

Участок вала под подшипник качения должен соответствовать размерам внутренних колец подшипников; с целью унификации на обе цапфы вала обычно (хотя и не всегда) устанавливают подшипники одного типоразмера, несмотря на то, что требуемая работоспособность для них различна;

Фиксация подшипников на валу обеспечивается заплечиками, размеры которых зависят от типа подшипников и назначаются в соответствии с данными табл. 5.

На участке вала, сопрягаемого с зубчатым колесом, можно не предусматривать заплечики для фиксации колеса на валу- смещению колеса вдоль оси вала препятствуют силы трения от его посадки на вал с большим радиальным натягом; в единичном производстве для удобства установки колеса на валу целесообразно предусмотреть заплечики, достаточно с одной стороны колеса.

На стадии проектирования при отсутствии данных об изгибающих моментах диаметр вала может быть найден из условного расчета на кручение по наибольшему длительно действующему крутящему моменту при пониженном значении допускаемых касательных напряжениях [τ].

Поскольку валы должны изготавливаться с твердостью НВ=277…321,

допустимо [τ] = (15…25)МПа, причем меньшее значение принимают для входного (быстроходного) вала.

Диаметр вала в расчетном сечении можно определить так::

Из двух значений выбираем большее. Принимаем из методички (с.27) диаметр быстроходного вала

-радиус скругления

где с – размер фаски на конце вала

_{Участок вала под уплотнением:}

_{Под размер этого участка принимаем из МУ (с.79) подшипник из средней серии - 308}

_{Принимаем манжету из МУ (с.40), выбирая из методички(d=40):}

_{Размер канавки на вход/выход фрезы:}

3.2. Расчет тихоходного вала.

Диаметр вала в расчетном сечении:

Применяем диаметр тихоходного вала

_{Участок вала под уплотнением:}

_{Принимаем d=45(мм)}

_{Под размер этого участка принимаем из методички подшипник из легкой серии - 209}

_{Принимаем манжету, выбирая из методички(d=45):}

4. Расчет шпоночных соединений.

Под действием вращающего момента в теле шпонки возникают напряжения среза и напряжения смятия на боковых гранях шпонки. Принятая схема распределения нагрузки является условной. В связи с неизбежным перекосом шпонок, давление распределяется по высоте рабочей части грани резко неравномерно, в результате чего изгибающий момент, стремящийся вывернуть шпонку из паза вала, невелик. Кроме того, на рабочих гранях шпонки возникают силы трения, препятствующие выворачиванию шпонки из паза вала. Поэтому в шпонках стандартного сечения напряжения изгиба малы; не является обязательной и проверка прочности шпонки на срез. Последняя учтена при стандартизации размера шпонок.

Основным расчетом для шпоночного соединения является расчет по напряжениям смятия (упругопластичное сжатие) в зоне контакта:

где - результирующая сила, действующая на боковую грань шпонки:

- площадь смятия боковой грани; - расчетный крутящий момент; 0,5d - расчетное значение плеча результирующей силы, действующей на шпонку. Ввиду условности расчета допустимо определять площадь смятия:

- длина рабочей поверхности шпонки.

В этом случае для неподвижных шпоночных соединений рекомендуют назначать допускаемы напряжения на смятие из расчета:

МПа.

- при пульсирующей нагрузке.

Для подвижных соединений допускаемые напряжения будут иными.

Значение принимается для наименее прочного материала деталей соединения: шпонки, вала, ступицы. Шпонки обычно изготавливаются из чистотянутой стали 45С

Шпонка на быстроходном валу:

Шпонка на тихоходном вале.

Шпонка под колесом.