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.

Определение размеров ступеней валов

Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндрическое тело, количество и размеры ступеней которого зависят от количества и размеров установленных на вал деталей. На рис. 1 приведены типовые конструкции валов одноступенчатых редукторов: а – быстроходный – цилиндрического; б – быстроходный – конического; в – тихоходный (l₃^* - в коническом редукторе).

Проектный расчёт ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала: её диаметр d и длину l.

Расчет ведется по формуле:

, (1)

где T – вращающий момент, н·мм.

Рассчитанное значение d должно соответствовать диаметру самого тонкого участка вала (на рис.1 это размер d₁). Полученное значение d необходимо увеличить на 5-7% в случае размещения на этом участке вала шпоночного или прессового соединения. Следует помнить, что диаметр вала d должен быть округлен в большую сторону до стандартного значения.

После этого разрабатывается конструкция вала, обеспечивающая технологичность изготовления и сборки.

Размеры концевого участка вала d₁ и l₁ определяют по ГОСТ 12080-66 или ГОСТ 12081-72 (цилиндрический или конический конец вала соответственно). Рекомендуется принимать исполнение 1 (длинный конец вала).

Диаметры последующих участков определяют с учетом высоты заплечика t на каждом участке вала. Величина t должна быть достаточной для создания надежного упора, но не чрезмерной, так как это ведет к неоправданному увеличению массы вала. Длины участков вала определяются по прорисовке, в зависимости от размеров размещенных на валу деталей.

Значения высоты t заплечика (буртика) и f величины фаски ступицы колеса и координаты фаски r_max подшипника можно определить в зависимости от диаметра ступени d по следующей таблице:

d	17...24	25...30	32...40	42...50	52...60	62...70	71...85
t		3,5	3,5	4,0	4,5	4,6	5,6
rmax	1,5	2,0	2,5	3,0	3,0	3,5	3,5
f			1.2	1.6			2,5

Диаметры d₂ и d₄ под подшипник округлить до ближайшего стандартного диаметра внутреннего кольца подшипника d_п.

Диаметры ступеней (кроме d₂ и d₄) округлить до ближайшего стандартного значения из ряда Ra40 (ГОСТ 6636-39).

Рис. 1 Типовые конструкции валов одноступенчатых редукторов: а – быстроходный – цилиндрического; б – быстроходный – конического; в – тихоходный

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