5.4.Определение геометрических параметров ступеней валов

Основными критериями работоспособности проектируемых редукторных валов являются прочность и выносливость. Они испытывают сложную деформацию — совместное действие кручения, изгиба и растяжения (сжатия). Но, так как напряжения в валах от растяжения небольшие в сравнении с напряжениями от кручения и изгиба, то их обычно не учитывают.

Расчет редукторных валов производится в два этапа: 1-й — проектный (приближенный) расчет валов на чистое кручение; 2-й — проверочный (уточненный) расчет валов на прочность по напряжениям изгиба и кручения.

В проектируемых редукторах рекомендуется применять термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х, одинаковые для быстроходного и тихоходного вала.

Механические характеристики сталей для изготовления валов (σ_в, σ_т, σ_-1) определяют по таблице 2.1.

Проектный расчет валов выполняется по напряжениям кручения (как при чистом кручении), т. е. при этом не учитывают напряжения изгиба, концентрации напряжений и переменность напряжений во времени (циклы напряжений). Поэтому для компенсации приближенности этого метода расчета допускаемые напряжения на кручение применяют заниженными: [τ]_к = 10...20 Н/мм².

Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступней которого зависят от количества и размеров установленных на вал деталей (см. рис. 5.3).

Проектный расчет ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала: ее диаметр d и длину l (см. табл. 5.3).

Таблица 5.3 Определение размеров ступеней валов одноступенчатых редукторов	Вал колеса	, где Mк – крутящий момент равный вращающему моменту на валу; [τ]к = 10...20 Н/мм2. Полученный диаметр необходимо округлить (кратно 5) в бόльшую сторону.	l1 = (0.8 … 1.5)d1 – под звездочку; l1 = (1.2 … 1.5)d1 – под шкив; l1 = (1.0 … 1.5)d1 – под полумуфту	d2 = d1 + 5 мм	l2 ≈ 1.25d2	d3 = d2 + 5 мм; возможно d3 < df1; при d3 > da1 принять d3 = da1	l3 – определить графически на эскизной компоновке	d4 = d2	l4 = B + c, где B – ширина подшипника; c – размер фаски на торце вала	d5 = d3 + 10…15 мм;	определить графически
	Вал-шестерня (цилиндрическая)				l2 ≈ 1.5d2					не конструируют
	Ступень вала и ее размеры d, l	d1	l1	d2	l2	d3	l3	d4	l4	d5	l5
		1-я под элемент открытой передачи или полумуфту		2-я под уплотнение крышки с отверстиями и подшипник		3-я под шестерню, колесо		4-я под подшипник		5-я упорная

Рис. 5.3. Типовые конструкции валов одноступенчатых редукторов: а – быстроходный (червячного); б – быстроходный (цилиндрического); в – быстроходный (конического);

г – тихоходный (l₃^* — в коническом редукторе)

Таблица 5.4

Предварительный выбор подшипников для цилиндрической косозубой передачи

Вал	Тип подшипника	Серия	Схема установки
Быстроходный	Радиальные шариковые однорядные при aw ≥ 200 мм	Средняя (легкая)	с одной фиксирующей опорой
	При aw ≤ 200 мм — радиальные шариковые, а при больших размерах (d, D, B) — роликовые 7000	Легкая (средняя)	в распор
Тихоходный		Легкая