Проектный расчет валов и опорных конструкций

Проектный расчет валов и опорных конструкций

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, то их обычно не учитывают.

Расчёт редукторных валов производится в два этапа:

1-й проектный (приближённый) расчёт валов на чистое кручение;

2-й проверочный (уточнённый) расчёт валов на выносливость по напряжениям изгиба и кручения.

Выбор материала валов

Валы редукторов рекомендуется изготавливать из конструкционных углеродистых и слабо легированных марок стали (стали 40, 45, 40Х, 40ХН). Для повышения механических свойств обычно вводят общую термообработку до твёрдости НВ 230-260 и при необходимости (шлицевый хвостовик или вал-шестерня) поверхностную закалку до твёрдости HRC 38-42.

Таблица 1

Механические характеристики основных материалов валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм	Твердость HB (не менее)	Механические характеристики, МПа	Коэффи-циент
Ст5	Любой							0,06
								0,09
							0,10
40Х								0,09
							0,10
40ХН								0,10
20Х								0,07
12ХН3А								0,10
18ХГТ								0,12

Выбор допускаемых напряжений на кручение

Проектный расчёт валов редуктора выполняют только по напряжениям кручения (как при чистом кручении), то есть при этом не учитывают напряжений изгиба, концентрации напряжений и переменность напряжений во времени (циклы напряжений). Для компенсации этого значения допускаемых напряжений на кручение выбирают заниженными в пределах [τ]_кр = 10...30 МПа. Меньшие значения [τ]_кр для быстроходных валов, большие значения [τ]_кр для тихоходных валов.

Для редукторных валов рекомендуется принимать: [τ]_кр = 10-15 МПа – для быстроходных валов; [τ]_кр = 15-25 МПа – для тихоходных валов.

Предварительный выбор подшипников качения

В редукторах, как правило, опоры валов выполняются в виде подшипников качения. В курсовых проектах рекомендуется принимать подшипники качения серийно выпускаемые отечественной промышленностью.

Выбор наиболее рационального типа подшипника для данных условий работы редуктора весьма сложен и зависит от целого ряда факторов: передаваемой мощности редуктора, типа передачи, соотношения сил в зацеплении, частоты вращения внутреннего кольца подшипника, требуемого срока службы, приемлемой стоимости, схемы установки.

Предварительный выбор подшипников для каждого из валов редуктора проводят в следующем порядке:

1. В соответствии с рекомендациями табл. 2 определяют тип, серию и схему установки подшипников.

На первом этапе рекомендуется после определения диаметра вала под подшипники назначить по данному диаметру шарикоподшипники лёгкой или средней серии. В большинстве заданий на курсовое проектирование они проходят в дальнейших расчётах. Исключение составляют опоры вала червяка червячного редуктора, где лучше сразу назначить роликовые конические подшипники лёгкой серии в связи со значительными осевыми нагрузками.

2. По справочнику-каталогу выбирают типоразмер подшипников по величине диаметра внутреннего кольца подшипника, равного диаметру d₂ и d₄ ступеней вала под подшипники.

3. По выбранному из каталога типоразмеру определяют основные параметры подшипников: геометрические размеры d, D, B(T,С); динамическую С_r и статическую С_r0 грузоподъёмности. Здесь D диаметр наружного кольца подшипника, В ширина шарикоподшипника; T и С осевые размеры конического роликоподшипника.

Таблица 4.2. Предварительный выбор подшипников

Пере-дача	Вид	Тип подшипника	Серия	Угол контакта	Схема установки
цилиндрическая косозубая	Б	радиальные шариковые однорядные при aw ≥ 200 мм	средняя (лёгкая)	0°	с одной фиксир. опорой
Т	при Fa / FR < 0,25 – радиальные шариковые однорядные	лёгкая (средняя)	0°	враспор
при Fa / FR > 0,25 –роликовые конические типа 7000	лёгкая	α = 12...16°
коническая	Б	роликовые конические типа 7000 при n1 ≤ 1500 об/мин	лёгкая (средняя)	= 12...16°	врастяжку
радиально-упорные шариковые типа 46000 при n1 ≥ 1500 об/мин	α = 25...29°
Т	роликовые конические типа 7000 или 1027000	лёгкая	α= 29° для типа 1027000	враспор

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Проектный расчет валов и опорных конструкций

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, то их обычно не учитывают.

Расчёт редукторных валов производится в два этапа:

1-й проектный (приближённый) расчёт валов на чистое кручение;

2-й проверочный (уточнённый) расчёт валов на выносливость по напряжениям изгиба и кручения.

Выбор материала валов

Валы редукторов рекомендуется изготавливать из конструкционных углеродистых и слабо легированных марок стали (стали 40, 45, 40Х, 40ХН). Для повышения механических свойств обычно вводят общую термообработку до твёрдости НВ 230-260 и при необходимости (шлицевый хвостовик или вал-шестерня) поверхностную закалку до твёрдости HRC 38-42.

Таблица 1

Механические характеристики основных материалов валов

Марка стали	Диаметр заготовки, мм	Твердость HB (не менее)	Механические характеристики, МПа	Коэффи-циент
Ст5	Любой							0,06
								0,09
							0,10
40Х								0,09
							0,10
40ХН								0,10
20Х								0,07
12ХН3А								0,10
18ХГТ								0,12