Ориентировочный расчет вала
Для выполнения ориентировочного расчета вала необходимо знать только величину крутящего момента, передаваемого валом. Наименьший диаметр вала равен (из расчета на чистое кручение):
, мм (7.1)
где М1 – крутящий момент, Нмм; [τ] – допускаемое напряжение на кручение, МПа, рекомендуется принимать [τ]= 15…25 МПа.
Полученное значение диаметра вала необходимо округлить до ближайшего большего значения по нормальному ряду диаметров (по ГОСТ 8032): 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 60, 63, 67, 70, 75, 80, 90, 100, 105, 110, 115, 120, 130, 140, 150, 160…
Имея значение минимального диаметра вала, переходят к его конструированию, т.е. определяют все диаметральные и линейные размеры вала.
7.2. Диаметральные размеры вала:
Диаметр вала под подшипниками качения:
dп1= dв1 + (3…5), мм (7.2)
Полученное значение диаметра вала под подшипника качения необходимо округлить до ближайшего большего значения из нормального рядя диаметром кратного 5 мм.
Диаметр вала под шестерней:
dш1 = dп1 + (3…5), мм (7.3)
Максимальный диаметр вала (диаметр заготовки):
dmax.1 = dш1 + (3…5), мм. (7.4)
Вместо расчета на кручение для предварительного определения диаметра валов иногда применяют импирические зависимости. В местах установки шестерни на быстроходный и промежуточный валы:
dшБ ≈ 0,22 аwБ ; dшП ≈ 0,3 аwБ; (7.5)
Для тихоходного вала в месте посадки колеса:
dКТ ≈ 0,3 аwТ. (7.6)
Рис. 7.1.Вал тихоходный
На рис. 7.1 представлен эскиз тихоходного вала зубчатого одноступенчатого редуктора с нанесенными диаметральными размерами.
Линейные размеры вала определяют по импирическим зависимостям или путем расчета. Длину выходного конца вала рекомендуется назначать в пределах:
lв1 = (1,5…1,8)dв1. (7.7)
Длину посадочной поверхности под шестерню или зубчатое колесо (шкив) назначают равной или большей ширины венца (обода шкива). Принятую длину посадочной поверхности согласуют с рассчитанной, исходя из прочности шпоночного (шлицевого) соединения:
. (7.8)
где h – высота шпонки; t – размер шпоночного соединения; [σ]см – допускаемое напряжение смятия, для стали [σ]см – 100…120 МПа, для чугуна – 50…60 МПа.
Длину ступицы также согласуют с диаметром вала lК1 = 0,8 dК. Если при расчете длины посадочной поверхности под колесо окажется, что её длина превышает 1,5 dК, то необходимо вместо шпоночного соединения применять шлицевое.
Длину посадочной поверхности под подшипник качения (lП1) принимают равной ширине внутреннего кольца подшипника по каталогу.
Длину буртика вала Δ между посадочными поверхностями подшипника и колеса принимают по конструктивным соображениям (обычно Δ ≈ 4…8 мм). Диаметр поверхности для буртика принимают по размеру проката и, как правило, не обрабатывают.
Определив все размеры (рис. 7.1) вала переходят к его конструированию и составлению расчетной схемы вала.