Проектировочный расчет валов

Проектировочный расчет валов выполняют, на статическую прочность с целью ориентировочного определения диаметров отдельных ступеней. В начале расчета известен только вращающий момент Т. Значения изгибающих моментов можно определить лишь после разработки конструкции вала, когда согласно общей компоновке выявляют его длину и места приложения действующих нагрузок. Поэтому проектировочный расчет вала выполняют условно только на кручение, а неучитываемое влияние на прочность вала изгиба, концентрации напряжений и характера нагрузки компенсируют понижением допускаемого напряжения на кручение Н/мм². При этом меньшие значения – для быстроходных валов, большие – для тихоходных.

Начинают проектирование вала с ориентировочного определения диаметра выходного конца из расчёта на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учёта влияния изгиба:

d, (1)

где Т- вращающий момент, действующий в расчетном сечении вала, Нм;

[τ]_к - допускаемое напряжение на кручение, МПа.

Полученный диаметр вала округляют до ближайшего значения из ряда нормальных линейных размеров R40: 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; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160.

Примечание. В случае необходимости допускаются размеры: в интервале 12 до 26 мм – кратные 0,5; в интервале 26 до 30 – целые числа; в интервале 50 до 120 – размер 115 и размеры, оканчивающиеся на 2 и 8; в интервале 120 до 160 – кратные 5.

Диаметр выходного конца вала редуктора не должен отличаться от диаметра вала электродвигателя больше чем на 20%. При выполнении этого условия соединение валов осуществляют стандартной муфтой.

Диамет­ры других участков назначают при разработке кон­струкции вала с учетом их функционального назначе­ния, технологии изготовления и сборки. При этом могут быть использованы эмпирические зависимости. Так, диаметры шеек коленчатых валов определяют по эмпирическим формулам в зависимости от диаметра цилиндра двигателя; диаметры шпинделей станков - в зависимости от основного геометрического размера станка и т.д.

При проектировании промежуточного вала двух- или трехступенчатого редуктора обычно первоначально определяют диаметр в месте посадки шестерни по формуле (1.1.). Остальные диаметры также назначают по конструктивным соображениям

Диаметры валов в местах посадок сопряженных с валом деталей должны быть взяты из стандартного ряда размеров (табл. 14.1). При назначении диаметров цапф под подшипники следует помнить, что диаметры внутренних колец подшипников качения более 20 мм кратны 5.

После предварительного проектирования валов редуктора переходят к подбору подшипников. Затем выполняют эскизную разработку конструкции вала, уточняя его форму и размеры после выбора и расчета подшипников, расчета соединений, участвую­щих в передаче вращающего момента, радиальных и осевых сил, после выполнения конструктивных элемен­тов, обусловленных выбранными способами фиксации и регулирования осевого положения установленных на валу деталей, самого вала в корпусе, а также технологи­ей обработки отдельных участков.

В качестве примера в табл. 7.1 представлен алгоритм определения размеров ступеней валов одноступенчатых редукторов.

Таблица 7.1.