6. Конструирование валов редуктора

6.1. Расчет диаметров валов

Основной внешней силой, действующей на вал редуктора с прямозубой цилиндрической передачей, является крутящий момент. Прочность вала, имеющего ступенчатую конструкцию в соответствии с заданием (см. рис. 3 - 5), лимитируется его цилиндрическим концом, где поперечное сечение наменьшее. Диаметр цилиндрического конца вала, обеспечивающий его прочность при кручении, рассчитывают по формуле

,

где -допускаемые напряжения кручения, определяемые механическими свойствами материала вала, так, что

,

где - коэффициент, учитывающий как динамические условия работы, так и наличие шпоночного паза на валу. Рекомендуемое значение=3 – 5,8 . При этом

В большинстве случаев (см. рис. 3 - 5) вал быстроходной ступени выполнен за одно целое с шестерней, следовательно для него механические свойства материала уже определены. Материал вала зубчатых колес принимают ст35, 40,45 и др.. При выполнении расчетов будем принимать при необходимости сталь 45 (см. табл. 5).

В рассмотренном примере для ведущего вала получим:

;

.

Поскольку диаметр вала электродвигателя =48 мм, то необходимо из условия их соединения муфтой согласовать диаметры обоих валов по условию, что. Этот диаметр соответствует устанавливаемому стандартом (см. табл. 7).

Для ведомого вала из стали 45 принимаем то же значения и рассчитываем

.

Принимаем стандартный размер=45 мм.

Остальные диаметры и линейные размеры вала (рис. 8) выбираем по примеру исполнения редуктора с учетом стандарта СЭВ 514-77 (см. табл. 7):

-под уплотнения 38 мм;48 мм;

-под подшипники 40 мм;50 мм;

-под ступицу колеса 55 мм;

-длина цилиндра под ступицу колеса

мм.

Принимаем 80 мм;

-длины выходных концов валов

мм;

;

Принимаем:60 мм;80 мм;

а)

б)

Рис.8. Валы редуктора (а-ведущий ; б – ведомый).

6.2. Расчет шпоночных соединений

Для присоединения зубчатых колес к валам применяются различные виды соединений. Некоторые из них показаны на рисунке 9.

цилиндрическое и коническое с натягом шлицевое

шпоночные с призматической, цилиндрической и сегментной шпонками

Рис. 9. Виды соединений валов и колес.

Размеры призматических шпонок (см. рис. 10, табл. 8) выбираем по диаметру вала :

-для ведущего вала b  h = 10  8

-для ведомого вала b  h = 14  9

Длину призматической шпонки выбираем из стандартного ряда в соответствии с расчетом на смятие по боковым сторонам шпонки:

,

где - рабочая длина шпонки ;Т - наибольший крутящий момент с учетом динамических нагрузок при пуске или внезапном торможении; t1 0,6 h - заглубление шпонки в вал; h - высота шпонки; [см ] - допускаемые напряжения смятия

= т / [s] ,

где [s] - допускаемый коэффициент запаса.

Длина шпонки рассчитывается по формуле

l = lp + b .

Для шпонок из чистотянутой стали 45Х принимаем т = 400 МПа. При нереверсивной маломеняющейся нагрузке [s] = 2,3.

Т1 = 104,17 Н м; t1 = 5 мм; = 400 / 2,3 = 173,9 МПа; l1 = 4,82 + 10 = 14,82 мм.

Т2 = 497,4 Н м; t1 = 5,5 мм; [ см] = 400 / 2,3 = 173,9 МПа; …=15,79 мм; l2 = 15,79 + 14 = 29,79 мм .

Таблица 8.

Размеры призматических шпонок по СТ СЭВ 189 –75 (в мм)

Диаметр вала	Размеры шпонки		Размеры паза		Диаметр вала	Размеры шпонки		Размеры паза
	b	h	вала t1	отв. t2		b	h	вала t1	отв. t2
12-17 17-22 22-30 30-38 38-44 44-50	5 6 8 10 12 14	5 6 7 8 8 9	3 3,5 4 5 5 5,5	2,3 2,8 3,3 3,3 3,3 3,8	50-58 58-65 65-75 75-85 85-95 95-110 110-130	16 18 20 22 25 23 32	10 11 12 14 14 15 18	6 7 7,5 9 9 10 11	4,3 4,4 4,9 5,4 5,4 6,4 7,4
Стандартный ряд длин: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100

Рис. 10. Размеры шпоночных соединений

Принимаем с учетом таблицы 8 мм;мм и проверяем условия:;.