9. Предварительные расчеты и эскизная разработка основных элементов редуктора
9.1. Проектный расчет валов
Валы предназначены для установки на них вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, звездочек и т.д.) и передачи крутящего момента.
Конструкция валов в основном определяется деталями, которые на них размещаются, расположением и конструкцией подшипниковых узлов, видом уплотнений и технологическими требованиями.
Валы воспринимают напряжения, которые меняются циклично от совместного действия кручения и изгиба. На первоначальном этапе проектирования вала известен только крутящий момент, а изгибающий момент не может быть определен, т.к. неизвестно расстояние между опорами и действующими силами. Поэтому при проектировочном расчете вала определяется его диаметр по напряжению кручения, а влияние изгиба учитывается понижением допускаемого напряжения кручения.
Диаметр вала d, мм, в опасном сеченииопределяется по формуле
, (9.1)
где Т − крутящий момент на рассматриваемом валу, Н·мм,
[τк] − пониженные допускаемые напряжения кручения, Н/мм².
Для валов, изготавливаемых из сталей 35, 40, 45, 40Х, 40ХН, допускаемые напряжения принимаются:
− ведущего вала [τк] = (15−20) МПа;
− промежуточных валов в местах посадки колес и вала червяка [τк] = (20−30) МПа;
− ведомого вала [τк] = (30−40) МПа.
При этом при выборе материала валов необходимо учитывать материал зубчатых колес. Для зубчатых колес с более высокой твердостью необходимо принимать материал с более высокой прочностью (с более высокими допускаемыми напряжениями [τк]).
Диаметры остальных участков вала назначают по конструктивным соображениям с учетом удобства посадки на вал подшипников качения, зубчатых колес и т.д. и необходимости фиксации этих деталей на валу в осевом направлении. Этим требованиям отвечают ступенчатые валы рис. 9.1.
Рис. 9.1. Конструкция ступенчатого вала
Полученные значения диаметров должны быть округлены по ГОСТ 6639 до ближайшего из ряда диаметров: 10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 105; 110; 120 и т.д.
В конкретном случае некоторые участки могут отсутствовать, однако соотношение диаметров сохраняются (см. табл. 9.1).
Таблица 9.1
Определение диаметров участков вала
Диаметр вала |
Входной и выходной вал, мм |
Промежуточный вал, мм |
d1 – выходного конца |
формула 9.1 |
- |
d2 – под уплотнение |
d1 + (5-10) |
- |
d3 – под внутреннее кольцо подшипника |
d2 + (2-10) |
d4 - (5–10) |
При d3 ≥ 20 значение должно быть кратным 5 |
||
d4 – под насаживаемую деталь |
d3 + (5-10) |
формула 9.1 |
d5 – буртика |
d4 + (5–10) |
|
9.2. Предварительный выбор подшипников
Тип подшипников (радиальный, радиально-упорный, упорный) выбирается в зависимости от величины, направления и соотношения сил, действующих на опоры, характера нагрузок, частоты вращения вала и требуемого срока службы.
Рекомендации по выбору типа подшипников для редукторов общего назначения даны в таблице 9.2.
Таблица 9.2