2. Конструирование валов

Конструкция ступеней валов зависит от типа и размеров установленных на них деталей (зубчатых и червячных колес, подшипников, муфт, звездочек, шкивов) и способов закрепления этих деталей в окружном и осевом направлениях.

При разработке конструкции вала принимаем во внимание технологию сборки и разборки передач, механическую обработку, усталостную прочность и расход материала при изготовлении. Способы осевого фиксирования колес, элементов открытых передач, муфт и подшипников рассмотрены в соответствующих вопросах конструирования (см. 10.1, 10.4, 10.6, 10.7). Окружное закрепление колес, элементов открытых передач муфт и подшипников осуществляется посадками, шпоночными соединениями (см. 10.3).

Переходные участки. Переходный участок вала между двумя смежными ступенями разных диаметров выполняем канавкой ширины b со скруглением для выхода шлифовального круга, которая повышает концентрацию напряжений на переходных участках.

1. Первая ступень. Выходной конец вала конструируем коническим. Так как посадки деталей на конус обладают рядом достоинств: легкость сборки и разборки, высокая точность базирования, возможность создания любого натяга. Диаметр 1-й ступени d₁ рассчитан на чистое кручение в задаче 7. Длину ступени определяем по осевым размерам ступицы элементов открытой передачи (см. 10.6) или посадочного места полумуфты (см. 10.7).

2. Вторая ступень. Диаметр ступени d₂ принимается равным диаметру

d внутреннего кольца подшипника, окончательно выбранного в задаче 9 (см. табл. 9.1). Длина ступени зависит от осевых размеров: деталей, входящих в комплект подшипникового узла, расположенного со стороны выходного конца вала (см. 10.4, пп.3...7);

Для быстроходного вала конического редуктора диаметр d₂ определяется

по эскизной компоновке, а длина рассчитывается по осевым размерам крышки подшипникового узла и уплотнения.

3. Третья ступень

а) Для тихоходного вала.

Диаметр ступени d₃ рассчитан в задаче 7. Длина ступени выполнена больше длины ступицы колеса.

б) Для вала-шестерни конической.

Диаметр 3-й ступени (буртика) рассчитан в задаче 7. Длина ступени определяется графически.

4. Четвертая ступень. Диаметр 4-й ступени d₄ равен диаметру d₂ 2-й ступени под подшипник, а ее длина зависит от осевых размеров деталей, входящих в комплект подшипникового узла, расположенного со стороны глухой крышки.

Для быстроходного вала на 4-й ступени устанавливают оба подшипника и ее диаметр d₄ равен диаметру d внутреннего кольца подшипника. Длина ступени определена геометрически на чертеже общего вида редуктора (см. задачу 7).

5. Пятая ступень. Для тихоходных валов эта ступень предотвращает осевое смещение колеса. Диаметр ступени рассчитан в задаче 7, длина ступени определена графически на конструктивной компоновке и уточнена при конструировании редуктора (увеличена).

Для быстроходного вала на 5-й ступени установлена регулирующая гайка с мелкой метрической резьбой М42. Диаметр ступени d₅ и ее длина определены в задаче 7.

3. Выбор соединений

Для соединения валов с деталями, передающими вращающий момент (колесами, элементами открытых передач, муфтами), применяют шпонки и посадки с натягом. При курсовом проектировании кроме выбора шпоночных соединений вала с колесом, муфтой, элементом открытой передачи рассчитывают также соединение с натягом колеса с 3-й ступенью тихоходного вала.

1. Шпоночные соединения . В индивидуальном и мелкосерийном производстве используют главным образом призматические шпонки, изготовленные из чистотянутой стали с σ_в>600 Н/мм² (чаще всего из стали 45). Длину шпонки выбираем из стандартного ряда R_a40 так, чтобы она была меньше длины ступицы насаживаемой детали на 5...10 мм. Сечение шпонки (bхh) выбираем по величине соответствующего диаметра ступени.

Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении. При передаче вращающего момента оно характеризуется значительными местными деформациями вала и ступицы колеса в районе шпоночного паза, что снижает усталостную прочность вала. При передаче вращающего момента шпоночным соединением применение посадок колеса на вал с зазором недопустимо, а посадок переходных крайне нежелательно, так как происходит обкатывание со скольжением поверхностей вала и отверстия колеса, которое приводит к износу. Поэтому на посадочных поверхностях вала и отверстия колеса следует создавать натяг. При этом рекомендуемые посадки для конических колес H7/t6. Посадки призматических шпонок, применяемых в проектируемом редукторе, регламентированы ГОСТ 23360—78, по которому поле допуска ширины шпонки определено h9; поле допуска ширины шпоночного паза вала P9. а паза ступицы колеса – Js9.

Параметры выбранных шпоночных соединений сведены в таблицу 10.2.

Таблица 10.2

Вал	Сечение шпонки, мм		Глубина паза, мм			Длина , мм
			вала	ступицы
Быстроходный	5	5	3	2,3	20
Тихоходный	10	8	5	3,3	12