6 Расчет валов
На валах размещаются вращающиеся детали: зубчатые колеса, шкивы, звездочки и т.д. Они передают вращающий момент от одной детали к другой. Например, у двухступенчатого цилиндрического редуктора ведущий вал передает момент от полумуфты к шестерне, промежуточный вал – от колеса к шестерне, ведомый – от колеса к звездочке или барабану, т. е. к той детали, которая насажена на выходном валу.
При расчете валов требуется определить размеры вала и его материал. Обычно известны:
крутящий момент Тили мощностьPна валу;
частота вращения вала n;
нагрузка, действующая на вал;
размеры основных деталей, расположенных на валу (например, зубчатых колес).
Валы рассчитывают на прочность, жесткость и колебания. Основной расчетной нагрузкой являются крутящий(T) иизгибающий(М) моменты, вызывающие кручение и изгиб. Влияние сжимающих или растягивающих сил обычно мало и не учитывается.
Для выполнения расчета вала необходимо знать его конструкцию (места расположения нагрузки, расположения опор и т.д.) и приближенный диаметр.
На практике используют следующий порядок расчета вала.
Производят его проектный расчет:
приближенно оценивают средний диаметр вала в месте посадки вращающейся детали;
разрабатывают конструкцию вала (основные размеры берут с компоновочного чертежа).
Затем выполняют проверочный расчет выбранной конструкции вала. При этом необходимо учитывать, что по диаметру концов вала и его опорным реакциям подбираются подшипники. Поэтому расчет вала и подбор подшипников взаимосвязаны.
Производят проверочныйрасчет выбранной конструкции вала:
1) выбирают расчетную схему и определяют расчетные нагрузки;
2) определяют опорные реакции; строят эпюры изгибающих моментов всех действующих нагрузок, по которым определяются суммарные изгибающие моменты в любом сечении вала;
3) производят расчет валов на прочность и жесткость.
6.1 Оценка среднего диаметра вала
Оценка среднего диаметра вала в месте посадки зубчатого колеса производится приближенно из расчета только на кручение:
.
Для редукторных и других аналогичных валов [] = (12…15) МПа.
6.2 Разработка конструкции вала и выбор шпонок
На валах (рисунок 6.1) размещаются зубчатые колеса, подшипники, распорные втулки, муфты и другие детали, которые и определяют конструкцию вала. Расстояние до мест посадок деталей берут по компоновочному чертежу. На валах выполняются упорные буртики, ступеньки, предотвращающие продольное перемещение насаженных на вал деталей. Кроме того, ступеньки позволяют свободно перемещать детали вдоль вала к месту посадки.
а)
б)
Рисунок 6.1 – Конструкции валов: а – с червячным колесом; б – вал-червяк
Например, разработка конструкции вала, на котором размещается зубчатое или червячное колесо (рисунок 6.1, а) начинается с места посадки колеса, для упора которого выполняется буртик. Высота буртикаh(рисунок 6.2,а) зависит от размера фаскиfв отверстии колеса:h= (1,3...1,5)f[22, ч. 2, с.61, 62]. При этом фаскаfдолжна быть больше радиусаrгалтели (плавного перехода) на валу, обеспечивает плотное прилегание ступицы к буртику.Ширина буртика b выбирается конструктивно.
а)
б)
-
d, мм
rmax. мм
f, мм
Свыше
18
до
30
1,6 2,0 2,5 3,0
2,0 2,5 3,0 4,0
"
30
"
50
"
50
"
80
"
80
"
120
Рисунок 6.2 – Упорные буртики (заплечики) и галтели вала (или корпуса) для фиксации насаженных деталей: а – зубчатых колес; б – деталей, устанавливаемых на концевых участках валов (полумуфты, шкивы, звездочки, зубчатые колеса)