4 Предварительный расчет валов редуктора и выбор подшипников

4.1 Проектный расчёт валов

4.1.1 Выбор материала валов

Для выполнения валов в проектируемом редукторе выбираем термически обработанную легированную сталь 45 [1, с. 110 ].

Механические характеристики выбранного материала для изготовления валов сведем в таблицу 4.1 [1, таб. 3.2, с. 53].

Таблица 4.1 – Механические характеристики материала валов

Марка стали	Предел прочности σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Предел выносливости при симмет- ричном цикле напряжений σ-1, МПа
45	780	540	385

4.1.2 Выбор допускаемых напряжений на кручение

Проектные расчет валов выполняется по напряжениям кручения, т.е. при этом не учитывают напряжение изгиба, концентрации напряжений и переменность напряжений во времени (цикл напряжений). Поэтому для компенсации приближенности этого метода расчета допускаемые напряжения на кручение применяют заниженными: =10...20 Н/мм² [1, с. 110].

Для быстроходного вала принимаем [τ]_к = 12 Н/мм², для тихоходного – [τ]_к = 18 Н/мм² [1, с. 110].

4.1.3 Определение геометрических параметров ступеней валов

Определяем размеры ступеней быстроходного вала [1, таб. 7.1, с. 112].

1) Первая ступень вала под полумуфту.

Диаметр ступени

(мм), (4.1)

где М_к – крутящий момент, равный вращающему моменту на быстроходном валу, М_к = Т₁ = 32,04 Н·м;

[τ]_к – допускаемые напряжения на кручение, [τ]_к = 12 Н/мм².

При выборе значения диаметра d₁ необходимо учитывать, что выходной конец быстроходного вала соединен с валом электродвигателя через муфту, поэтому диаметр d₁ также можно определить по соотношению

d₁  (0,8...1,2)  d_1(дв)  (0,8...1,5)  32  25,6…38,4 (мм), (4.2)

где d_1(дв)– диаметр выходного конца вала ротора двигателя, d_1(дв) = 32 мм [1, таб. К10, с. 407].

Принимаем d₁ = 26 мм.

Длина ступени под полумуфту

l₁  (1,0...1,5)  d₁  (1,0...1,5)  26  26…39 (мм). _(4.3)

Предварительно принимаем l₁ = 26 мм.

2) Вторая ступень вала под уплотнение крышки с отверстием и подшипник.

Диаметр ступени

d ₂  d₁  2t  26+ 2   30,4 (мм), (4.4)

где t – высота буртика, t = 2,2 мм.

Принимаем d₂ = 30 мм.

Длина ступени

l₂  1,5 d ₂  1,5  30  45 (мм). (4.5)

Предварительно принимаем l₂ = 45 мм.

3) Третья ступень вала под шестерню.

Диаметр ступени

d₃  d ₂  3,2r  30+ 3,2   36,4 (мм), (4.6)

где r – координата фаски подшипника, r = 2 мм.

Принимаем d₃ = 35 мм.

Длина ступени l₃ будет определена графически на эскизной компонов-ке.

Сравнивая полученный диаметр вала d₃ = 35 мм с рассчитанным ранее диаметром окружности впадин шестерни d_f1 = 37,5 мм принимаем решение о выполнении шестерни заодно с валом, т. е. вала-шестерни (рисунок 4.1).

4) Четвёртая ступень вала под подшипник.

Диаметр ступени

d ₄  d ₂  30 (мм).

Длина ступени l₄ будет равна ширине внутреннего кольца выбранного подшипника ( l₄  В = 19 – для шариковых подшипников).

Рисунок 4.1 – Типовая конструкция вала-шестерни

Определяем размеры ступеней тихоходного вала [1, таб. 7.1, с. 112].

1) Первая ступень вала под элемент открытой передачи.

Диаметр ступени

(мм), (4.7)

где М_к – крутящий момент, равный вращающему моменту на тихоходном валу, М_к = Т₂ = 121,80 Н·м;

[τ]_к – допускаемые напряжения на кручение, [τ]_к = 18 Н/мм².

Принимаем d₁ = 32 мм.

Длина ступени под шкив

l₁  (1,2...1,5)  d₁  (1,2...1,5)  32  38,4…48 (мм). (4.8)

Предварительно принимаем l₁ = 40 мм.

2) Вторая ступень вала под уплотнение крышки с отверстием и подшипник.

Диаметр ступени

d ₂  d₁  2t  32+ 2  37 (мм), _(4.9)

где t – высота буртика, t = 2,5 мм.

Принимаем d ₂ = 35 мм.

Длина ступени

l₂  1,25 d ₂  1,25  35  43,75 (мм). (4.10)

Предварительно принимаем l₂ = 45 мм.

3) Третья ступень вала под колесо.

Диаметр ступени

d₃  d ₂  3,2r  35 + 3,2  43 (мм), (4.11)

где r – координата фаски подшипника, r = 2,5 мм.

Принимаем d₃ = 42 мм.

Длина ступени l₃ будет определена графически на эскизной компонов-

ке.

4) Четвёртая ступень вала под подшипник.

Диаметр ступени

d ₄  d ₂  35 (мм).

Длина ступени l₄ будет равна ширине внутреннего кольца выбранного подшипника ( l₄  В = 21 – для шариковых подшипников).

5) Упорная ступень вала.

Диаметр ступени

d₅  d₃  3 f  42 + 3 1,6  46,8 (мм), (4.12)

где f – ориентировочная величина фаски ступицы, f = 1,6 мм.

Принимаем d₅ = 48 мм.

Длина ступени l₅ будет определена графически на эскизной компонов-

ке.

При конструировании валов размеры диаметров и длин ступеней будут уточнены.

Типовая конструкция тихоходного вала одноступенчатого редуктора показана на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Типовая конструкция тихоходного вала