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:

d_п1 = d_в1 + (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:

d_ш1 = d_п1 + (3…5), мм (7.3)

Максимальный диаметр вала (диаметр заготовки):

d_max.1 = d_ш1 + (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:

d_шБ ≈ 0,22 а_wБ; d_шП ≈ 0,3 а_wБ; (7.5)

Для тихоходного вала в месте посадки колеса:

d_КТ ≈ 0,3 а_wТ. (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:

l_в1 = (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 l_К1 = 0,8 d_К. Если при расчете длины посадочной поверхности под колесо окажется, что её длина превышает 1,5 d_К, то необходимо вместо шпоночного соединения применять шлицевое.

Длину посадочной поверхности под подшипник качения (l_П1) 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.