3.2.5. Конструирование валов

На первом этапе эскизного проектирования ориентировочно была намечена конструкция валов, определены диаметры отдельных участков. Теперь ее следует уточнить.

Конструкция валов в основном определяется деталями, которые на них размещаются, расположением опор и видом уплотнений подшипниковых узлов. В большинстве своем валы редукторов выполняются по форме, близкой к балкам равного сопротивления изгибу, т. е. ступенчатой (рис. 3.36, а, б). Такие валы удобны при сборке, а уступы используются обычно для упора деталей, насаживаемых на вал, и передачи сил, действующих вдоль него. При конструировании ступенчатого вала следует стремиться к минимальному числу ступеней, что обеспечивает технологичность конструкции.

Таблица 3.6

Размеры конструктивных элементов стаканов

Параметр	Значение
Толщина стенки	δ = 4…5 при D ≤ 52 δ = 6…8 при D > 52…80
Наружный диаметр стакана	Da = D + 2δ
Толщина упорного буртика	δ1 = δ
Высота упорного буртика	t = (1,3…1,5)r
Толщина фланца	δ2 = 1,2δ
Диаметры фланца D1, D2 и число отверстий z	Соответствуют значениям одноименных параметров крышки (cм. табл. 3.5)
О б о з н а ч е н и я: r – радиус фаски подшипника

В настоящее время наметилась тенденция к конструированию гладких валов, когда при одном и том же номинальном диаметре участки вала отличаются допусками и шероховатостью поверхности. Во избежание ослабления посадок необходимо, чтобы любая насаживаемая на вал неразъемная деталь проходила до своего места посадки без натяга.

В конструкции ступенчатого вала условно выделяются концевые участки, участки перехода от ступени к ступени; места посадки подшипников, уплотнений и деталей, передающих момент вращения.

Концевые участки валоввыполняются цилиндрическими или коническими. Посадка деталей на конус обеспечивает легкость сборки и разборки, высокую точность базирования, возможность создания любого натяга. Поэтому выходные концы валов редукторов серийного производства, как правило, делают конусными. Размеры оформления конических концов валов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Основные размеры конических концов валов с конусностью 1:10, мм

(по ГОСТ 12081-72)

Номинальный диаметр, d	l1	l2	dср	b	h	t	d1
20	36	22	18,90	4	4	2,5	М12×1,25
22			20,90	4	4	2,5
25	42	24	23,80	5	5	3,0	М16×1,5
28			26,80
32	58	36	30,20	6	6	3,5	М20×1,5
36			34,20	6	6	3,5	М20×2
40	82	54	37,30	10	8	5,0	М24×2
45			42,30	12	8	5,0	М30×3
50			47,30	12	8	5,0	М36×3
56			53,30	14	9	5,5
63	105	70	59,50	16	10	6,0	М42×3
71			67,50	18	11	7,0	М48×3
80	130	90	75,50	20	12	7,5	М56×4
90			85,50	22	14	9,0	М64×4

Поскольку цилиндрические концы валов проще в изготовлении, то при единичном и мелкосерийном производстве они имеют преимущественное распространение. Размеры оформления цилиндрических концов приведены в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Основные размеры цилиндрических концов валов, мм

(по ГОСТ 12080-66)

d	l	r	c	d	l	r	c
20	36	1,6	1,0	50	82	2,5	2,0
22	30	1,6	1,0	55	82	2,5	2,0
25	42	1,6	1,0	60	105	2,5	2,0
28	42	1,6	1,0	70	105	2,5	2,0
32	58	2,0	1,6	80	130	3,0	2,5
36	58	2,0	1,6	90	130	3,0	2,5
40	82	2,0	1,6	100	165	3,0	2,5
45	82	2,0	1,6	110	165	3,0	2,5

Переходные участки вала между двумя ступенями разных диаметров выполняются галтелью радиуса r.Также допускается выполнение канавок в соответствии с рис. 3.29 и табл. 3.4. Для обеспечения осевой фиксации зубчатого (червячного) колеса на валу выполняются упорные буртики, высота которых рассчитывается по зависимости (3.17).

Если осевая фиксация деталей на валу осуществляется круглой шлицевой гайкой с многолапчатой шайбой (см. рис. 3.26, в; 3.28,б; 3.36,б), то делается канавка под язычок стопорной многолапчатой шайбы (табл. 3.9).

На участках крепления деталей, передающих вращающий момент, на валах выполняются шпоночные пазы или шлицы. Стандарт предусматривает для каждого размера сечения вала определенные размеры поперечного сечения шпонки (табл. 3.10). Длина шпонки определяется расчетом и назначается на 5...10 мм меньше длины ступицы из ряда стандартных значений, указанных в примечании к табл. 3.10.

Таблица 3.9

Размеры канавки под язычок стопорной шайбы, мм

Резьба d	a1	a2	a3	a4	d1
М20×1,5	6	2	3,5	1,0	16,5
М22×1,5	6	2	3,5	1,0	18,5
М24×1,5	6	2	3,5	1,0	20,5
М27×1,5	6	3	4,0	1,5	23,5
М30×1,5	6	3	4,0	1,5	26,5
М33×1,5	6	3	4,0	1,5	29,5
М36×1,5	6	3	4,0	1,5	32,5
М39×1,5	6	3	4,0	1,5	35,5
М42×1,5	8	3	5,0	1,5	38,5
М45×1,5	8	3	5,0	1,5	41,5
М48×1,5	8	3	5,0	1,5	44,5
М52×1,5	8	3	5,0	1,5	48,0
М56×2,0	8	3	5,0	1,5	52,0
М60×2,0	8	3	6,0	1,5	56,0
М64×2,0	8	3	6,0	1,5	60,0
М68×2,0	8	3	6,0	1,5	64,0

Из технологических соображений рекомендуется для разных ступеней одного и того же вала назначить одинаковые шпонки по сечению и длине исходя из ступени меньшего диаметра, имеющей шпоночный паз.

Таблица 3.10

Основные размеры сечений призматических шпонок и пазов, мм

(по ГОСТ 23360-78)

Диаметр вала d	Сечение шпонки		Фаска	Глубина паза		Длина l
	b	h		вала t1	ступицы t2
Свыше 12 » 17	5	5	0,25…0,4	3	2,3	10…56
« 17 » 22	6	6		3,5	2,8	14…70
« 22 » 30	8	7	0,4…0,6	4	3,3	18…90
« 30 » 38	10	8		5	3,3	22…110
« 38 » 44	12					28…140
« 44 » 50	14	9		5,5	3,8	36…160
« 50 » 58	16	10		6	4,3	45…180
« 58 » 65	18	11		7	4,4	50…200
« 65 » 75	20	12	0,6…0,8	7,5	4,9	56…220
« 75 » 85	22	14		9	5,4	63…250
« 85 » 95	25					70…280

П р и м е ч а н и е. Длины шпонок выбираются из ряда: 10; 12; 14; 16; 18; 20;22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160;180; 200; 220; 250.