Проектировочный расчет и разработка конструкции вала

 

Вал в редукторе представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, которое имеет концевые участки, участки для установки подшипников, уплотнений, колес передач и т.д. Проектировочный расчет выполняют с целью определения ориентировочно диаметров ступеней вала. Расчет вала производят условно только по напряжениям кручения, при этом не учитывают напряжения изгиба, концентрацию и переменность напряжений во времени. Для компенсации приближенности расчета диаметральных размеров допускаемые напряжения кручения в (1) принимают заниженными – [t]_к=20…30 МПа для быстроходного (входного) и тихоходного (выходного) валов; [t]_к=10…20 МПа для промежуточного вала двухступенчатых редукторов:

(1)

где Т – вращающий момент быстроходного (Т_б) или промежуточного (Т_п), или тихоходного (Т_Т) валов, Н× м.

В проектировочном расчете по (1) определяют диаметр выходного конца (хвостовика) для быстроходного и тихоходного валов или диаметр вала под колесом для промежуточного вала. Диаметры других ступеней вала назначают с учетом технологии изготовления и сборки.

Длину каждой ступени вала определяют в ходе эскизного проектирования редуктора по конструктивным соображениям, чтобы обеспечить достаточную жесткость узлов и требуемое положение зубчатых колес, подшипников.

Конструкцию быстроходного, промежуточного, тихоходного валов обычно принимают, ориентируясь на типовые конструкции или прототип проектируемого редуктора [1, 2]. При этом желательно изначально определить для проектируемой конструкции быстроходного и тихоходного валов вариант исполнения концов – конический или цилиндрический (см. п. 4), и способ крепления колес на валу – посадкой с натягом или при помощи шпоночного соединения.

Валы следует конструировать гладкими с минимальным числом уступов. В этом случае существенно сокращаются расход металла и трудоемкость на изготовление вала, что особо важно для крупносерийного и массового производства. В индивидуальном и мелкосерийном производстве валы делают ступенчатыми с буртиками и заплечиками для упора колес, подшипников.

Быстроходные валы

На рис. 1 – 3 показаны типовые конструкции быстроходных валов редукторов: с цилиндрической шестерней (рис. 1), с конической шестерней (рис. 2), с червяком (рис. 3).

В проектировочном расчете по (1) с учетом вращающего момента Т_Б определяют диаметр выходного конца d. Для схем приводов, в которых валы электродвигателя и редуктора соединены муфтой, необходимо принять для выбора стандартной муфты диаметр выходного конца быстроходного вала:

, (2)

где – диаметр вала электродвигателя.

Диаметры ступеней: d_у – под уплотнение, d_п – под подшипник, d_БП – буртика подшипника, d_М – резьбы под шлицевую гайку, назначают конструктивно или определяют по формулам:

1. быстроходный вал рис. 1:

d_У =d_П = d+2t_Ц (t_К) (рис. 1, а, б); d_У = d+2t_Ц (t_К), d_П = d_У +(2…4) (рис. 1, в);

d_БП ³ d_П +3r;

2. быстроходный вал рис. 2:

d_У ³ d+2t_Ц (t_К); d_М ³ d_У+(2…4); d_П > d_М; d_БП ³ d_П +3r;

3. быстроходный вал рис. 3:

d_У =d_П =d+2t_Ц (t_К), d_БП = d_П +3r (рис. 3, а);

d_У ³ d+2t_Ц (t_К); d_М = d_У +(2…4); d_П > d_М (рис. 3, б),

где t_Ц (t_К) – высота заплечика; r – радиус фаски подшипника. Предварительно принимают по табл. 1 [2] значения t_Ц (t_К), r в зависимости от диаметра ступеней вала.

Расчетные значения d, d_У , d_БП округляют в ближайшую сторону до стандартных (табл. 2), значение d_П согласовывается с диаметром внутреннего кольца подшипника (значение d_П должно оканчиваться на 0 или 5), значение d_М округляют до ближайшего по стандарту для резьбы гайки круглой шлицевой.

Диаметры вершин (d_a1) и впадин (d_f1) зубьев (витков) принимают из расчета геометрии шестерни (червяка) быстроходной передачи. Червяк и шестерню коническую обычно изготавливают заодно с валом (вал-шестерня, вал-червяк). Для цилиндрической шестерни необходимо проверить условие:

где m – модуль зацепления. Если условие выполняется, то шестерню в целях экономии материала выполняют насадной (съемной).

Зубья шестерни цилиндрической передачи иногда имеют размеры d_f1< d_БП, при этом конструкцию вала выполняют, как на рис. 1, г, пре- дусматривая участки выхода фрезы, нарезающей зубья (см. табл. 8).

 

а)

 

 

б) в) г)

 

Рис. 1. Диаметры ступеней быстроходного вала цилиндрической шестерни

 

 

 

Рис. 2. Диаметры ступеней быстроходного вала конической шестерни

 

 

а) б)

 

Рис. 3. Диаметры ступеней быстроходного вала червяка

 

 

Таблица 1

Размеры r, f, t

Параметр	Диаметр вала d, мм
17-22	24-30	32-38	40-44	45-50	52-58	60-65	67-75	80-85	90-95
tц tK r f	1, 5 1, 5	3, 5 1, 8	3, 5 2, 0 2, 5 1, 2	3, 5 2, 3 2, 5 1, 2	2, 3 1, 6	4, 5 2, 5	4, 6 2, 7 3, 5	5, 1 2, 7 3, 5 2, 5	5, 6 2, 7 2, 5	5, 6 2, 9

 

Таблица 2

Нормальные линейные размеры по ГОСТ 6636-69

3, 2	5, 6
3, 4	6, 0	10, 5		34/35	60/62
3, 6	6, 3				63/65
3, 8	6, 7	11, 5			67/70
4, 0	7, 1				71/72
4, 2	7, 5
4, 5	8, 0			45/47
4, 8	8, 5
5, 0	9, 0			50/52
5, 3	9, 5			53/55

Примечание: под косой чертой приведены размеры для посадочных мест подшипников качения.

 

Промежуточные валы

На рис. 4 показаны типовые конструкции промежуточного вала: рис. 4, а – колесо быстроходной передачи крепится на валу по посадке с натягом; рис. 4, б – при помощи шпоночного соединения; рис. 4, в – вал-червяк цилиндрическо-червячного редуктора.

В проектировочном расчете по (1) с учетом вращающего момента Т_П определяют диаметр вала под колесом d_К (рис. 4). Для вала-червяка (рис. 4, в) d_К следует определять, занижая максимально в (1) значения допускаемых напряжений кручения ([t]_K =10 МПа).

Диаметры ступеней d_П и d_БП, а также d_БК – буртика колеса назначают конструктивно или определяют по формулам:

d_БК ³ d_К+3f; d_БП = d_К; d_П = d_К -3r (рис. 4, а);

d_П < d_К –(2…4); d_БП ³ d_П +3r (рис. 4, б);

d_П ³ d_К+3f; d_М = d_П –(2…4); d_БП ³ d_П +3r < (рис. 4, в)

где размеры r и f (f – размер фаски колеса) принимают по табл. 1 в зависимости от диаметра ступени вала.

 

а) б)

в)

 

Рис. 4. Диаметры ступеней вала промежуточного

 

Расчетные значения d_К, d_БК, d_БП округляют в ближайшую сторону до стандартных (табл. 2), значение d_П согласовывают с диаметром внутреннего кольца подшипника (значение d_П должно оканчиваться на 0 или 5), значение d_М округляют до ближайшего по стандарту для резьбы гайки круглой шлицевой. Величина d_П для промежуточного вала должна быть не меньше, чем d_П для быстроходного вала , в противном случае диаметры ступеней этих валов необходимо переназначить.

Диаметры вершин (d_а1) и впадин (d_f1) зубьев (витков) принимают из расчета геометрии шестерни (червяка) тихоходной передачи. Для цилиндрической шестерни необходимо проверить условие:

d_f1³ d_БП +(7…9)m,

где m – модуль зацепления. Если условие выполняется, то шестерню в целях экономии материала выполняют насадной (съемной).

 

Тихоходный вал

На рис. 5 показаны типовые конструкции тихоходного вала: рис. 5, а – колесо тихоходной передачи крепится на валу по посадке с натягом; рис. 5, б – при помощи шпоночного соединения.

В проектировочном расчете по (1) с учетом вращающего момента Т_Т определяют диаметр d выходного конца вала.

Диаметры ступеней d_У, d_П, d_БП, d_К, d_БК – назначают конструктивно или по формулам:

d_У =d_П ³ d+2t_Ц (t_К); d_БП ³ d_П +3r ; d_К = d_БП (рис. 5, а);

d_К ³ d_БП ; d_БК = d_К +3f (рис. 5, б).

а) б)

 

Рис. 5. Диаметры ступеней вала тихоходного

 

Расчетные значения d, d_У, d_К, d_БК, d_БП округляют в ближайшую сторону до стандартных (табл. 2), а значение d_П согласовывают с диаметром внутреннего кольца подшипника (значение d_П должно оканчиваться на 0 или 5).

Конструкцию и размеры ступеней валов уточняют при выполнении компоновочного чертежа редуктора после подбора подшипников и определения размеров деталей (колес, втулок и т.д.), установленных на валу.

 

Предварительный выбор типа и схемы установки подшипников

Выбор подшипника в опоры зависит от размеров посадочных мест вала и корпуса, величины и направления действующих нагрузок на опору, частоты вращения, требуемого ресурса, условий сборки и эксплуатации (смазка, регулирование) опор, а так же его стоимости.

Для опор валов цилиндрических прямозубых и косозубых колес прежде всего рекомендуется применение шариковых радиальных подшипников, как наиболее дешевых и простых в эксплуатации [1, 2, 4]. При действии на опору радиальной F_r и значительной осевой F_a сил (когда F_a> 0, 25 F_r), а также при необходимости регулирования осевого положения колес выбирают радиально-упорные шариковые и роликовые (конические) подшипники. Наибольшее применение нашли конические роликовые подшипники т.к. они удобны при сборке и разборке опор и имеют самую низкую относительную стоимость (стоимость подшипника отнесенная к их динамической грузоподъемности). Подшипники в опорах валов редуктора с цилиндрическими колесами обычно устанавливают по схеме 2 (рис. 7, а).

Для опор валов конических и червячных колес чаще применяют конические роликовые подшипники, реже шариковые радиально-упорные. Вал должен быть точно и жестко зафиксирован, а осевая жесткость выше у конических подшипников. Для вала конической шестерни при высокой частоте вращения n > 1500 об/мин применяют шариковые радиально-упорные подшипники. В качестве опор червяка в силовых червячных передачах применяют конические роликовые подшипники с большим углом конуса. Подшипники в опорах валов с такими колесами устанавливают по схемам 2 или 1 (рис. 7 или 6).

Для опор плавающих валов шевронных передач (рис. 8) применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами.

Подшипники в опорах вала должны быть установлены так, чтобы обеспечить необходимое радиальное и осевое (кроме шевронных передач) фиксирование. Опоры валов подразделяют на фиксирующие и плавающие. Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении и воспринимают только радиальные нагрузки. Фиксирующие опоры ограничивают осевое перемещение вала в одном или обоих направлениях и воспринимают радиальную и осевую нагрузки. Возможно сочетание плавающей и фиксирующей опор для вала по схемам установки 1 – 3:

Схема 1 (рис. 6) – одна опора фиксирующая, вторая плавающая. В фиксирующих опорах устанавливают один радиальный подшипник или два однорядных радиальных или радиально-упорных подшипника. В плавающей опоре применяют радиальные подшипники. Схема 1 используется при любом расстоянии между опорами и при значительных температурных деформациях вала. Она наиболее распространена для длинных валов червяка при межосевом расстоянии передачи a_w> 140 мм.

Рис. 6. Подшипники установлены по схеме 1:

левая опора фиксирующая, правая – плавающая

Схема 2 (рис. 7) – обе опоры фиксирующие, каждая фиксирует осевое перемещение вала в одном направлении. В опорах применяют радиальные и радиально-упорные шариковые и роликовые подшипники. Подшипники могут быть установлены по схеме «враспор» или «врастяжку». Схему 2 применяют при небольших расстояниях между опорами, что связано с изменением зазоров в подшипниках при тепловой деформации вала и возможном защемлении тел качения – для схем враспор, или появлении недопустимых зазоров – для схем врастяжку. Установка подшипников враспор конструктивно наиболее проста, широко применяется при относительно коротких редукторных валах, в том числе для вала червяка в передачах с a_w< 140 мм.

а) б)

Рис. 7. Подшипники установлены по схеме 2: а) враспор; б) врастяжку

 

Схема 3 (рис. 8) – обе опоры плавающие, вал имеет возможность осевого смещения. Обычно плавающий вал встречается в шевронных передачах. Вал при работе перемещается (самоустанавливается) в такое положение, при котором в зацепление входят зубья обоих полушевронов, а осевые силы, возникающие в них, уравновешиваются.

Рис.8. Подшипники установлены по схеме 3

 

Выбор подшипников производят после определения диаметров ступеней вала. По размерам d_n посадочных мест предварительно выбирают подшипник легкой или средней серии класса точности 0 и проверяют его по динамической грузоподъемности на заданный ресурс (для динамических режимов работы) или по статической грузоподъемности (для статических режимов).

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Ex.1. Дополните предложения, используя условные конструкции и информацию из текста.
2. I. Рациональные и историческая реконструкции
3. Алекс подошла ко мне, обняла, а после поцеловала.
4. Анализ исходных данных и разработка математической модели
5. Анализ служебного назначения детали и технологичности конструкции
6. Армия во главе с главнокомандующим Вернером фон Блормбергом, в свою очередь, потребовала устранения Рема
7. Архитектурные конструкции индустриальных зданий
8. Бассейн конструкции Аралрыбвода.
9. Беспокойство — это тренировка будущего провала
10. В войнах XV — XVI вв. развивалась тактика русского войска, что было связано с изменением его состава и структуры и появлением новых средств борьбы.
11. В Калягине русская рать насчитывала до 15 тыс. человек и 18 августа 1609 г. на р. Жабне разбила сильный отряд Яна Сапеги.
12. Василий сидел на диване. Некрасивая, с искаженным лицом, взвинченная Мария рассказывала, как ее прокатили, подставили, с головой уйдя в свои переживания.