9.2. Умовний розрахунок вала.

9.2.1. Згідно кінематичної схеми привода викреслюється ескіз вала.

Ескіз вала виконується виходячи із умови технологічності його виготов­лення та складання деталей на ньому. У буквовому вигляді (де – но­мер вала: 2 – швидкохідний, 3 – проміжний, 4 – тихохідний) позна­чаються діаметри всіх ді­лянок вала; – но­мер ділянки вала, для швидкохідного та тихохідного валів: 1 – під шків, зірочку або напівмуфту; 2 – під ущільнення; 3 – під підшипник; 4 – під шестерню, черв’як або зубчасте колесо; 5 – упорний буртик (при необ­хідності); для проміжного вала: 1 – під підшипник; 2 – під шестерню, черв’як або зубчасте колесо; 3 – упорний буртик.

Ескізи валів показані на рис.9.4...9.8.

Ескіз швидкохідного вала редуктора з циліндричною або черв’ячною швидхохідною ступінню

Рис.9.4.

Ескіз швидкохідного вала редуктора з конічною швидхохідною ступінню

Рис.9.5.

Ескіз проміжного вала редуктора

Рис.9.6.

Ескіз проміжного вала редуктора з роздвоєнною ступінню

Рис.9.7.

Ескіз тихохідного вала редуктора

Рис.9.8.

9.2.2. Вибирається матеріал вала.

Більшість валів редукторів загального призначення виготовляють з кон­струкційних вуглецевих сталей – сталь 30, 40, 45 та ін. Для відповідальних важко навантажених валів застосовують конструкційні леговані сталі – 40ХН, 30ХГС та ін.

Примітка: при виконанні шестерні або черв’яка заодно з валом за мате­ріал вала приймають матеріал з якого виготовлена шестерня або черв’як.

Для вибраного матеріалу вала виписуються його механічні характеристи­ки: – межа витривалості, МПа; і – допустимі напруження ма­теріалу вала, відповідно при симетричному і пульсуючому циклах наванта­ження, МПа, табл.5.3, [4].

9.2.3. Визначається мінімальний діаметр вала.

Так як відстані між опорами валів та силами, що діють на вали, невідомі, то не можливо визначити моменти згину. Тому визначення мінімального діа­метра вала (умовний розрахунок вала) проводиться по відомому моменту кручення із умови міцності на кручення, причому, допустимі напруження кручення приймаються заниженими: , [2, 3].

Для двохступінчастих редукторів, які використовуються в приводах стріч­кових та ланцюгових конвеєрів, мінімальний діаметр вала буде на ділянці 1, тоді

, (9.1)

де – крутний момент на відповідному валу, Нм, вибирається із попе­редніх розрахунків, розд.1, п.1.4.3.

Отриманий мінімальний діаметр вала необхідно збільшити на 10%, якщо на ділянці 1 виконується паз під шпонку. Отриманий результат заокруглю­ють до більшого стандартного значення згідно ряду (ГОСТ 6636-69), [4, 6].

9.2.4. Призначаються діаметри інших ділянок вала.

Діаметри інших ділянок вала призначаються згідно ряду , врахову­ючи зручність посадки на вал шківів, зірочок, зубчастих коліс, підшипників кочення та ін. і необхідність їх фіксації в осьовому напрямку (рекоменду­ється різниця між діаметрами суміжних ділянок 5...10 мм).

9.3. Розрахунок вала на статичну несучу здатність.

Для проведення розрахунку на статичну несучу здатність необхідно вико­нати наступні розрахунки.

9.3.1. Визначаються конструктивні розміри зубчастих та черв’ячних пе­редач, шківів та зірочок.

Геометричні розміри зубчастих та черв’ячних передач були визначені при попередніх розрахунках в розд.5-7.

Встановлюються способи виготовлення шестерні або черв’яка і вала – заод­но або окремо.

Якщо – окремо, – разом, де – діаметр ділянки швидкохідного або проміжного вала під шестерню або черв’як, – діаметр западин шестер­ні або черв’яка.

Рекомендації щодо розрахунків конструктивних розмірів та технології ви­готовлення зубчастих коліс наведені, наприклад, с.165 – зубчастих, с.249 – черв’ячних, [6]; с.9...11, [11].

Розміри маточин зубчастих коліс:

діаметр ; довжина .

де – діаметр ділянки вала під зубчасте колесо, мм.

Розміри маточин шківів:

діаметр ; довжина ,

де – діаметр ділянки вала під шків, мм.

Розміри маточин зірочок:

діаметр ; довжина ,

де – діаметр ділянки вала під зірочку, мм.

9.3.2. Виконується ескізна компоновка редуктора.

Ескізна компоновка редуктора виконується згідно рекомендацій наведе­них, наприклад, С.288...293, [6], С.136...168, [4]. Визначаються необхідні роз­міри корпуса та кришки редуктора, визначаються діаметри болтів редуктора вибираються підшипники, визначаються розміри кришок підшипників та ви­бирається спосіб мащення підшипників.

9.3.2.1. Вибір підшипників здійснюється по діаметру ділянки вала під під­шипник: , та і по характеру навантаження опор валів (підшипни­ків): якщо в приводі діють осьові сили, то приймаються радіально-упорні під­шипники, якщо осьової сили немає – радіальні.

Рекомендується приймати підшипники легкої та середньої серій, які випускаються серійно.

9.3.2.2. Розміри кришок підшипників визначаються, наприклад, згідно [4], с.143.

9.3.2.3. Спосіб мащення підшипників вибирається в залежності від ліній­ної швидкості зубчастої передачі тихохідної ступені .

Якщо м/с, мащення підшипників відбувається за рахунок розбриз­ку­вання масла із маслянної ванни редуктора: при м/с підшип­ники вста­новлюють «втопленими» на 3...5мм в глиб стінки редуктора; при м/с підшипники встановлюють на одному рівні зі стінкою редукто­ра. Крім того, по периметру корпуса виконується канавка по якій розбризкане по стінках масло стікає до підшипників.

Якщо м/с, мащення підшипників відбувається консистентним масти­лом, яке набивається до камери підшипника.

9.3.3. Визначаються відстані між опорами валів і точками прикладання сил.

Відстані між опорами валів (розмір , див. рис.9.1-9.3) і точками прикла­дання сил визначаються із ескізної компоновки редуктора, яка виконана в масштабі, безпосереднім замірюванням.

9.3.4. Викреслюється розрахункова схема вала (див.рис.9.1-9.3).

Розрахункова схема вала береться із кінематичної схеми разом з силами, що діють на вал і доповнюється розмірами між опорами і точками прикладан­ня сил та реакціями в опорах. Проводиться розподіл сил по площинах: верти­кальній та горизонтальній.

9.3.5. Визначаються реакції опор у вертикальній та горизонтальній пло­щинах.

9.3.6. Виконується побудова епюр моментів згину у вертикальній та го­ризонтальній площинах, сумарна епюра моментів згину та епюра крутного моменту.

Сумарна епюра моментів згину будується на основі залежності

, (9.2)

де – момент згину в горизонтальній площині, Нм; – момент згину у вер­тикальній площині, Нм.

Приклад побудови епюр див. рис.9.9.

9.3.7. Знаходиться небезпечний переріз вала.

Небезпечний переріз вала характеризується наявністю максимального мо­менту згину, крутного моменту та концетратору напружень. До концентрато­рів напружень відносяться переходи від діаметра однієї ділянки до діаметра іншої, шпонкові пази, кільцеві канавки, пресові посадки тощо.

9.3.8. Визначається еквівалентний момент для небезпечного перерізу.

, (9.3)

де – коефіцієнт, який враховує різницю в характеристиках цик­лів напружень згину та кручення.

9.3.9. Визначається діаметр вала в небезпечному перерізі.

. (9.4)

Одержаний результат порівнюється з прийнятим раніше (в умовному роз­рахунку) для цього пере­різу. У випадку, якщо прийнятий раніше діаметр мен­ший отриманого, не­об­хідно для вала прийняти більш міцний матеріал і про­вести розрахунки по пп.1.3.8-1.3.9 повторно.