Конструирование выходного вала

Для редукторов общего назначения при крупносерийном производстве рекомендуется проектировать гладкие валы, т.к. места перехода с одного диаметра на другой являются концентраторами напряжений. При этом участки вала, которые служат для посадки на них деталей, должны иметь соответствующие допуски.

В тех случаях, когда посадочные участки отдалены от конца вала, установка деталей становится затруднительной, и тогда проектируют ступенчатые валы.

Выходные валы также имеют концевой участок, а в средней части вала между подшипниками размещают зубчатое колесо. В сопряжении колеса с валом должна быть использована посадка с большим натягом. Подшипники могут упираться в заплечики вала или в дистанционные втулки.

На участках, предназначенных для неподвижных посадок деталей, применяют поля допусков m6, k6, t6 со скосами для облегчения монтажа [1,с.144, c.518-519, c.387-388]. Участки, через которые должна проходить деталь при сборке конструкции, выполняют с допусками, обеспечивающими зазор, например, d9, h9. Примеры конструирования тихоходного вала изображены на рис.4 и 5.

Для того чтобы снизить концентрацию напряжений в местах перехода с одного диаметра на другой иногда делают галтели, радиус которых r принимается по таблице 3 в зависимости от диаметра d_i участков [2, c.168].

Таблица 3

di, мм	15-30	30-45	45-70	70-100
r, мм	1,0	1,0	1,5	2,0

Диаметр выходного конца тихоходного вала был определен ранее, в разделе «Расчет энергосиловых параметров привода». Если на выходной вал редуктора устанавливается соединительная муфта, то диаметр выходного конца вала должен быть согласован с внутренним диаметром стандартной муфты. Чаще всего на выходном валу устанавливается жесткая компенсирующая муфта, например, зубчатая (ГОСТ 5006-94). На выходной конец вала устанавливают зубчатую полумуфту. Конструкция зубчатых муфт позволяет компенсировать радиальные, осевые и угловые смещения валов. Угол перекоса осей, соединяемых зубчатыми муфтами, допускается в пределах полутора градусов [4, c.379-380].

Основные размеры участков тихоходного вала определяются аналогично размерам быстроходного, за исключением участка, на который устанавливается колесо.

Для выходного вала диаметр d был определен в разделе «Энергосиловые параметры привода» из расчета на кручение. Диаметр посадочной поверхности подшипника определяем по соотношению, обеспечивающему установку подшипника без съема шпонки [1,c.261].

d_П = d + 2t₂ +1

Размер t₂ принимается по таблице 2 в зависимости от величины диаметра d. Если нет ограничений для демонтажа шпонки, то ориентировочно можно принять d_П = d + 4…6мм.

Полученное расчетное значение d_П округляем до ближайшего большего, согласованного с диаметром внутреннего кольца подшипника по ГОСТ 8338-75 и ГОСТ 7242-81 [1, c.481; 2, с.392-394].

Определяем посадочный диаметр участка вала под колесо [1, c.45]

d_В ≥ d_П + 3r; (Значение r принимаем по табл.1. Здесь r – координата фаски подшипника, а не радиус галтели!)

Расчетное значение d_В округляем до ближайшего большего стандартного по ГОСТ 6636-69 [1, c.481]. Диаметр d_в_в дальнейшем используется при проектировании зубчатого колеса.

Если проектируем конический конец выходного вала, то размеры участков вычисляются так же, как для быстроходного вала:

длина посадочного конца l_M = 1,5d;

длина цилиндрического участка l = 0,15d ;

диаметр резьбы d_р = 0,9 (d - 0,1·l_M);

длина резьбы l_р = 1,2 d_р .

В том случае, если проектируем цилиндрический выходной конец, то длины участков также определяется аналогично быстроходному валу.

ПРИМЕР:

Расчетный диаметр выходного конца вала d = 32мм. Проектируем вал с цилиндрическим выходным концом

l_М = 1,5d = 32 ∙1,5 = 48мм; принимаем 50мм.

Диаметр участка вала под подшипник

d_П = d + 2t₂ +1= 32 + 2∙3,3 +1 = 39,6мм.

Принимаем размер, кратный 5-ти; d_П = 40мм.

Определим номер подшипника. Для этого разделим диаметр d_П на 5.

Результат (40 : 5 = 8) соответствует подшипнику 208 (легкой серии) или подшипнику 308 (средней серии).

Длина промежуточного участка (между выходным концом и колесом) – это участок, на котором устанавливают подшипник. Вычисляем по формуле l_П = 1,4d_П = 1,4 ∙ 40 = 56мм.

Рис.4. Конструирование тихоходного вала

Посадочный диаметр вала под колесо

d_В ≥ d_П + 3r = 40 + 3 ∙ 2,5 = 47,5мм, принимаем d_В = 48мм.

Длина участка под колесо l_ст принимается равной или больше ширины зубчатого венца [1, c.85].

Определяется из условия

l_ст= (0,8...1,5) d_В; обычно (1...1,2) d_В;

Для колеса цилиндрической формы l_ст = b₂ , где b₂ – ширина зубчатого венца. Если длина l_ст > b₂ из расчета шпоночного соединения, то длину ступицы соответственно увеличивают.

Диаметр заплечиков правого конца вала

d_З = d_В + 3f = 48 + 3 ∙ 1,6 = 52,8мм, принимаем 53 мм.

( Здесь f – размер фаски на колесе, принимается из табл.1 в зависимости от диаметра вала).

Рис. 5. Пример конструирования тихоходного вала.

Для обеспечения нужного характера сопряжения с устанавливаемыми на вал деталями разные участки вала выполняют с различными отклонениями от номинального диаметра. Например, d_П = 40мм не меняется на всей длине участка, но в месте посадки подшипника отклонение от номинального диаметра должно обеспечивать гарантированный натяг. В то же время часть вала до посадочного места должна обеспечить относительно свободное прохождение внутреннего кольца подшипника по валу. Такое конструкторское решение позволяет уменьшить число ступеней вала. На рабочих чертежах указывают предельные отклонения размеров в соответствии с ГОСТ 25346, а на сборочных чертежах проставляют посадки сопряженных деталей [1, c. 271; с.524-526].