Расчет и выбор валов, осей и подшипников

Расчет валов

Валы предназначены для передачи вращающих моментов и в большинстве случаев для поддержания вращающихся вместе с ними деталей.

Валы редукторов, как правило, выполняются ступенчатыми (рис. 9.23).

Ступенчатость обеспечивает фиксацию в осевом направлении его и сидящих на нем деталей, упрощает процессы сборки и разборки узлов (в этом случае каждая из насаживаемых деталей проходит по валу до своего посадочного места без натяга), позволяет приблизить форму проектируемого вала к равнопрочному брусу. При этом сопряжения между отдельными участками вала должны быть плавными в виде конических переходов.

Для осевой фиксации вала, а также закрепленных на нем деталей, используют уступы самого вала, упорные буртики, стопорные кольца, а иногда конические участки вала. Разновидностью валов являются валы-шестерни и валы-червяки, выполненные заодно с шестернями и червяками.

Валы нагружены передаваемыми вращающими моментами, массой установленных на них деталей, собственной массой и силами, возникающими при работе передач, например, силами в зацеплении зубчатых и червячных передач. В большинстве случаев массы валов и деталей, насажанных на них, сравнительно невелики, и поэтому их влиянием пренебрегают. Не учитывается также влияние растягивающих и сжимающих сил для валов червячных и некоторых зубчатых передач (косозубых цилиндрических, конических).

Рис. 9.23. Ступенчатый вал зубчатого редуктора с установленными на нем деталями:

• 1 — подшипник качения; 2 — зубчатое колесо, 3 — дистанционная втулка,
• 4 — шпонка

Проектировочный расчет валов, работающих только на кручение.

К этой категории валов относят различные промежуточные валики, валы рабочих инструментов и т. п.

Диаметр вала из условия прочности при кручении определяется по формуле.

где Т — вращающий момент, Н-м; [т_к] — пониженное допускаемое напряжение на кручение, МПа, часто принимают [т_к] = 15—30 МПа; d — в миллиметрах.

Если выходной вал редуктора непосредственно соединен с электродвигателем, то диаметр этого вала может быть принят в пределах 0,8— 1,2 от диаметра вала электродвигателя. Полученные значения диаметров валов в местах посадки сопряженных деталей, например, зубчатых и червячных колес, муфт и др., должны быть округлены до стандартных значений. Диаметры цапф под подшипники качения должны согласоваться со стандартными внутренними диаметрами подшипников.

После предварительного расчета и конструктивного оформления вала (определения диаметров и длин участков вала, расстояний между серединами опор и до сечений, в которых приложены силы и т. п.) составляют расчетную схему вала, определяют все силы, действующие на вал, строят эпюры изгибающих и крутящих моментов и затем производят проверочный (уточненный) расчет вала на сопротивление усталости (на выносливость), заключающийся в определении коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях вала и сравнении их с требуемыми.

При этом расчете учитывают все основные факторы, влияющие на прочность, а именно: характер изменения напряжения, влияние на усталостную прочность абсолютных размеров детали, концентрации напряжений, состояния поверхности.

Проверочный расчет на усталостную прочность ведут по длительно действующей номинальной нагрузке без учета кратковременных пиковых нагрузок, число циклов действия которых невелико.