Конструирование ступеней валов

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Конструкция ступеней валов зависит от типа и размеров, установленных на них деталей (колес, подшипников, муфт, шкивов), способов закрепления этих деталей в окружном и осевом направлениях. При отработки конструкции вала следует уточнить размеры участков вала, ориентировочно принятые в проектировочном расчете, обеспечить повышение прочности вала путем возможного снижения концентрации напряжений, простоту и экономичность изготовления.

Переходные участки

Переходные участки вала между двумя смежными ступенями выполняют [1, 2]: 1. с галтелью радиуса r (галтель – поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему) – табл. 3; 2. с канавкой шириной в со скруглением для выхода шлифовального круга – табл. 4. Переход с канавкой создает более высокие концентрации напряжений, чем скругленный галтельный переход, поэтому канавки делают для участков вала с достаточным запасом прочности. В местах перехода от меньшего сечения (d) к большему (D), если на участок вала не устанавливают детали, то предусматривают галтели радиусом закругления R»0, 4(D - d).

Если осевая фиксация деталей на валу осуществляется шестигранной или круглой шлицевой гайкой и один из участков имеет резьбу (рис. 2, рис. 3, б), то для выхода инструмента при нарезании резьбы выполняют канавки (табл. 5).

При установке подшипников на вал до упора в заплечик (уступ) необходимо обеспечить за счет выбора высоты t заплечика опорную поверхность для торцов колец подшипников (табл. 6). Высоту t определяет размер r фаски кольца подшипника. По табл. 6 выбирают минимальный размер t и t₁ (t₁- высота свободной части поверхности кольца для захвата съемниками при демонтаже подшипника).

Для конструкций валов, когда между подшипником и колесом устанавливают дистанционную втулку (кольцо), ее диаметральные размеры должны удовлетворять условиям контакта торцов втулки с колесом и с кольцом подшипника. Поэтому часто втулки делают Г – образной формы (рис. 4 или 5). При этом необходимо предусмотреть зазор С»2 мм между буртиком вала и торцом втулки.

Таблица 3

Галтели

	Размеры, мм	Диаметр вала d, мм
20…28	32…45	50…70	80…
r	1, 6	2, 0	2, 5	3, 0
f	2, 0	2, 5	3, 0	4, 0

Таблица 4

Канавки для выхода шлифовального круга

	Размеры, мм	Диаметр вала d, мм
10…50	50…10	100…
в	3, 0	5, 0	8, 0
h	0, 25	0, 5	0, 5
R	1, 0	1, 6	2, 0
R1	0, 5	0, 5	1, 0

Таблица 5

Канавки для выхода резьбового инструмента

	Размеры, мм	Шаг резьбы dМ, мм
	1, 25	1, 5	1, 75		2, 5
dK	dм – 1, 5	dм – 1, 8	dм – 2, 2	dм – 2, 5	dм – 3	dм – 3, 5
в
r		1, 5	1, 6
r1	0, 5	1, 0

Таблица 6

Высота заплечиков для подшипников

	Размер, мм	Радиус r фаски, мм
0, 5	1, 0	1, 5	2, 0	2, 5	3, 0	3, 5	4, 0
t	1, 0	1, 8	2, 5	3, 0	4, 0	4, 8	5, 5	6, 5
Размер, мм	Диаметр вала d, мм
1…15	15…50	50…100
t1			3, 5

Концевые участки

Концевые участки быстроходного и тихоходного валов могут быть цилиндрическими или коническими. Посадка деталей на конус обладает рядом достоинств: легкость сборки и разборки, высокая точность базирования. Концы валов серийного и массового производства делают, как правило, конусными. Цилиндрические концы валов проще в изготовлении и поэтому они имеют преимущественное распространение в единичном и мелкосерийном производстве.

Цилиндрические концы валов изготавливают по ГОСТ 12080-66 (табл. 7). Деталь, устанавливаемую на цилиндрическом конце вала, доводят до упора в заплечик высотой t. Размер t должен обеспечивать возможность установки на соседние участки вала (d_У; d_п) подшипников, уплотнений без выема шпонки на концевом участке: d_п = d_У = d+2t₂+(1…2), где t₂ – глубина шпоночного паза в ступице. Переходный участок вала между двумя ступенями выполняют с галтелью (табл. 3), а при шлифовании – с канавкой (табл. 4).

Конические концы валов изготавливают по ГОСТ 12081-72 (табл. 8) с коностью 1: 10 двух исполнений с наружной (тип 1) и внутренней (тип 2) резьбой.

Для повышения технологичности радиусы галтелей, размеры фасок канавок для выхода инструмента на одном валу желательно принимать одинаковыми. Если на валу предусмотрено несколько шпоночных пазов, то для удобства фрезерования их располагают в одной плоскости и выполняют одной ширины, выбранной по меньшему диаметру вала.

Посадочные поверхности

Для соединения валов с колесами (шкивами, звездочками), передающими вращающий момент применяют шпонки, шлицы и посадки с натягом: шестерни и червяки обычно выполняют заодно с валом, реже насадными, если это оправдано конструктивно ( d_f₁> > d_БП см. рекомендации п. 2.1). Для вала-шестерни с размерами d_f₁< d_БП (рис. 1, г) конструируют участки вала для выхода фрезы, нарезающей зубья. Радиус фрезы принимают в зависимости от модуля m зубьев по табл. 8.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве главным образом используют призматические шпонки. На участках вала для крепления колес выполняют шпоночные пазы. Сечение шпонки и размеры паза выбирают (табл. 9) по величине соответствующего диаметра ступени вала. Длину шпонки принимают так, чтобы она была меньше (рис. 4, б; 5, б) длины ступицы втулки (детали) на 5…10 мм. Колесо от осевых смещений на валу фиксируют упором одного из торцов ступицы в

Таблица 7.1

Концы валов цилиндрические (ГОСТ 12080-66)

	Параметры, мм	Диаметр d, мм
20, 22	25, 28	32, 36	40, 45	50, 55	60, 70	80.90	100, 110
l	А
В
r	1, 6	2, 0	2, 5	3, 0
c	1, 0	1, 6	2, 0	2, 5
Примечание: размер l для варианта А – длинные, для варианта Б – короткие концы вала.

Таблица 7.2

Концы валов конические (ГОСТ 12081-72)


Диа-метр d, мм	Размеры, мм
l1	l2	dср	В	h	t1	t2	d1	d	l3	l4
			18, 9 20, 9			2, 5	1, 8	M12´ 1, 25	M6	6, 5	8, 8
			23, 8 26, 8			3, 0	2, 3	M16´ 1, 5	M8	9, 0	10, 7
			30, 2 34, 2			3, 5	2, 8	M20´ 1, 5	M10	11, 0	13, 0
M24´ 2	M12	14, 0	16, 3
			37, 3			5, 0	3, 3
42, 3		M30´ 2	M16	21, 0	23, 5
47, 3	M36´ 2
53, 3			5, 5	3, 8	M20	23, 5	26, 5
			59, 5			6, 0	4, 3	M42´ 3
67, 5			7, 0	4, 4	M48´ 3	M24	26, 0	29, 3
			75, 5			7, 5	4, 9	M56´ 4	M30		35, 9
85, 5			9, 0	5, 4	M64´ 4
Примечание: размеры l1 и l2, для коротких концов валов.

буртик, а между другим торцом ступицы колеса и торцом внутреннего кольца подшипники устанавливают распорную втулку (кольцо).

Таблица 8

Радиус фрезы, нарезающей зубья [2]

Модуль m, мм	2…2, 25	2, 5…2, 75	3…3, 75	4…4, 5	5…5, 5
R фрезы, мм

Для передачи момента шпоночным соединением на посадочных поверхностях колеса на вал следует создать натяг (посадки с зазором недопустимы, переходные нежелательны), поэтому применяют посадки – см. приложение в табл. 9. Для облегчения сборки рекомендуют предусматривать направляющий участок вала с полем допуска d11 (см. табл. 9).

Таблица 9

Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)


d вала	Сечение шпонки	Глубина паза	d вала	Сечение шпонки	Глубина паза
в	h	t1	t2	в	h	t1	t2
Св. 12 до 17 » 17 » 22 » 22 » 30 » 30 » 38 » 38 » 44 » 44 » 50			3, 5 5, 5	2, 3 2, 8 3, 3 3, 3 3, 3 3, 8	Св. 50 до 58 » 58 » 65 » 65 » 75 » 75 » 85 » 85 » 95 » 95 »110 » 110 »130			7, 5	4, 3 4, 4 4, 9 5, 4 5, 4 6, 4 7, 4
Примечания: 1. Стандартный ряд длин, мм: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 160; 180; 200. 2. Рекомендуемые посадки колес на вал d: для цилиндрических прямозубых d…H7/p6, для косозубых и червячных d…H7/r6, для конических d…H7/s6.

В крупносерийном и массовом производстве наибольшее применение находят соединения колес и валов с гарантированным натягом (рис. 5, а). При этом исключается ослабление вала шпоночным пазом, обеспечивается хорошее базирование, осевая фиксация осуществляется за счет сил трения. Колесо с гладким валом собирают в специальном приспособлении, определяющем осевое положение колеса.

Расчет валов на прочность

Материалы валов

Валы изготовляют из углеродистых и легированных сталей. При отсутствии термообработки применяют сталь Ст5, с термообработкой – стали 40, 45, 40Х (нормализация и улучшение). Для высоконагруженных валов применяют легированные стали: 40ХН, 50Г, 35ГХС, 40ХНМА, 30ХГ и другие. Валы из этих материалов подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с низким отпуском. Если вал выполнен заодно с шестерней, то материал вала такой же, как у шестерни.

Механические характеристики материалов валов даны в табл. 10 [2].

Таблица 10

Механические характеристики материалов валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм (не более)	Твердость НВ (не менее)	Механические характеристики, МПа	Коэффициент Y_t
s_в	s_т	t_т	s_-1	t_-1
Ст5 ГОСТ 380-88	любой				0, 06
ГОСТ 1050-88					0, 09 0, 10
ГОСТ 4543-71 40Х 40ХН 20Х 12ХН3А 18ХГТ					0, 09 0, 10 0, 10 0, 07 0, 10 0, 12

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒