7. Определение диаметров вала

Ориентировочный диаметр вала d , мм, в рассчитываемом сечении из расчета на прочность:

По формуле (12) подсчитываются диаметры вала для 2-х сечений. Результаты этих подсчетов сводятся в таблицу, приводимую в пояснительной записке.

Диаметры d_ц, мм, цапф вала под подшипник скольжения

(рис. 1) принимаются наибольшими из расчета на прочность и износостойкость.

Расчет по износостойкости выполняется по условию работы в режиме полужидкостного трения 1:

гдеF_ri - реакция опоры, Н:

R_iХ , R_iY – проекция реакций опоры на горизонтальную и вертикальную плоскости, Н ;

р - условное среднее давление, МПа ;

l _ц – длина цапфы вала.

Для стационарных машин рекомендуется р = 3…4 МПа ; (l_ц /d_ц)= 0,6…0,9.

8. Конструирование вала

Вал – деталь машины, передающая вращающий момент и поддерживающая вращающиеся детали. Различают валы прямые (гладкие и ступенчатые), коленчатые, валы-шестерни и т. д.

Валам, как правило, придают ступенчатую форму, обеспечивающую удобства при последовательной посадке на них деталей (рис. 2). Кроме того, ступенчатая форма близка по форме к балкам равного сопротивления.

Рис. 2. Конструктивные элементы вала: 1–  буртик; 2 –цапфа (шейка); 3 – переходный участок; 4 – подступичный участок; 5 – бурт; 6 – канавка; 7 – шпоночный паз; 8 – переходный участок; 9 – цапфа (шип); 10 – фаска

Концевые опорные участки валов и осей называют цапфами (шипами). Цапфы (шейки) валов и осей, когда в опорах установ­лены подшипники скольжения, выполняют: цилиндрическими (рис. 3,а, б) или коническими (рис. 3, в). В большинстве случаев цапфы валов и осей для подшипников скольжения имеют цилиндрическую форму с закругленным переходом (галтелью) и с заплечиком (буртиком) для односторонней фиксации в осевом направлении (рис. 3, а). В случае необходимости двусто­ронней осевой фиксации вала (оси) в одной опоре цапфа снабжает­ся дополнительным буртиком (рис. 3, б).

а б в

Рис. 3. Цапфы валов и осей под подшипники скольжения

В целях облегчения монтажа и центрирования наса­живаемых деталей на валах предусматривают фаски. Размер фаски с углом 45° назначают с учетом диаметра участка вала d_i в пределах с = (0,03…0,05)d_i. Плавный переход от меньшего диаметра d_i к большему d _i+1 выпол­няют галтелью с радиусом закругления r  0,4 (d _i +1 - d _i). Рекомендуется выбирать размеры фасок и радиусов закруглений из следующего предпочти­тельного ряда (в мм): 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25 и т. д. Возможно также применение размеров из 2-го ряда (в мм): 0,12; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,2; 2; 3; 5; 8; 12; 20 и т. д.

При разработке чертежа вала из конструктивных и технологических соображений его форму упрощают, а полученные размеры округляют до ближайших нормальных (табл. 2), кроме заданных расстояний между опорами и закрепленными на валу зубчатыми колесами l₁, l₂, l₃. Длину подступичных частей вала в местах посадки зубчатых колес (рис. 2) принимают в пределах l_c = (1,1…1,3)d_c , где d_c – диаметр вала в месте ступицы.

Таблица 2

Нормальные линейные размеры, мм

3,2	5,6	10	18	32	56	100	180	320	560
3,4	6,0	10,5	19	34/35	60/62	105	190	340	600
3,6	6,3	11	20	36	63/65	110	200	360	630
3,8	6,7	11,5	21	38	67/70	120	210	380	670
4,0	7,1	12	22	40	71/72	125	220	400	710
4,2	7,5	13	24	42	75	130	240	420	750
4,5	8,0	14	25	45/47	80	140	250	450	800
4,8	8,5	15	26	48	85	150	260	480	850

Для осевого фиксирования деталей (подшипников, зубчатых колес и др.) на валах выполняют упорные буртики или заплечики (рис. 4, а – д).

Переходные участки валов между соседними ступенями разных диаметров выполняют радиусной галтелью (рис. 4, а) или в форме канавки (рис. 4, б – д). Высота t  упорных буртиков (рис. 4, г) для фиксирования подшипников должна обеспечивать их демонтаж и подход смазочного материала.

а б в г д

Рис. 4. Сопряжения ступеней вала

Диаметры посадочных поверхностей (под ступицы колес, шкивов, звездочек и т. п.) следует выбирать из стандартного ряда посадочных размеров.

Технические условия на изготовление валов зависят от требований к конструкции. Шероховатость посадочных поверхностей в местах установки подшипников на валу и в корпусе должна соответствовать по ГОСТ 2789—73 Ra = 1,25...3,2 мкм. Такую шероховатость целесообразно получать шлифованием. Для выхода шлифовальных кругов выполняют канавку: по рис. 5, а, б — при шлифовании поверхности вала; по рис. 5, в – при шлифовании отверстия в корпусе. Размеры канавок (мм) приведены в табл. 3.

Таблица 3

d	b	h	R	R1
св. 10 до 50	3	0,25	1,0	0,5
св. 50 до 100	5	0,5	1,6	0,5
св. 100	8	0,5	2,0	1,0

Рис. 5. Форма и размеры канавок для выхода шлифовального круга