Материалы валов

Валы с диаметрами d до 80 мм изготавливают из сталей 40, 45, 40Х и др.; с диаметрами от 80 до 120 мм – из сталей 35ХМ, 40ХН, 30ХГСА и др.

Материал фасонных валов (вал–шестерня, вал–червяк, шлицевый вал) определяется материалом основного элемента на валу (зубья шестерни, витки червяка, шлицы).

Для повышения долговечности валы должны иметь вязкую (пластичную) сердцевину, что обеспечивается нормализацией или улучшением. Поверхност-ному упрочнению в той или иной степени могут подвергаться посадочные места деталей на валах и элементы передач на фасонных валах.

Механические характеристики некоторых распространенных марок сталей для валов даны в таблице 1.1 [1, c.165].

Таблица 1.1 – Механические характеристики сталей для валов

2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ВАЛА

Предварительный расчет диаметра вала d производится на стадии технического предложения, когда величины изгибающих моментов М на валах неизвестны. Расчет ведут только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям [t] :

d' ³ 10 [T / (0,2 [t])]^1/3, (2.1)

где [t] = (0,025...0,03)s_В, МПа.

Расчетный диаметр d' округлается по ГОСТ 6636-69 в большую сторону.

По рекомендациям [1, c.42] с учетом прочности и жесткости

– длябыстроходного вала диаметр входного конца, мм :

d' ³ (7...8)Т_Б^1/3 ; (2.2)

– для промежуточного (под съемным колесом) вала, мм

d' ³ (6...7)Т_ПР^1/3; (2.3)

– для тихоходного вала диаметр выходного конца, мм

d' ³ (5...6)Т_Т^1/3, (2.4)

где Т_Б, Т_ПР, Т_Т – вращающие моменты на соответствующих валах, Н×м.

Большие значения d' принимают для валов на роликоподшипниках, шевронных передач и промежуточных валов соосных передач при твердости зубьев z₂ >

55 HRC_Э^. Диаметр d' по формулам (2.2)...(2.4) округляется в ближайшую сторону по ГОСТ 6636-69.

Диаметры d входного и выходного концов следует согласовывать с диаметрами посадочных отверстий полумуфт, шкивов, звездочек. Так, например, для входного вала редуктора, соединяемого с валом электродвигателя стандартной муфтой рекомендуется принимать диаметр

d = d_ДВ ± D_М , (2.5)

где d_ДВ – диаметр выходного конца вала электродвигателя, мм;

D_М - перепад диаметров полумуфт, допускаемый по паспорту муфты, мм (возможность расточки диаметра и фрезерования шпоночного паза одной из полумуфт на величину D_М).

Для вала-шестерни, вала-червяка, зубья и витки которых нарезаны за одно целое с валом, диаметр вала d в сечениях по зубьям и виткам равен диаметру окружности впадин d_f1.

3 КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ

Что должно быть на валу ?

В общем случае на валу должны находиться:

1) элементы передач и соединений (зубчатые или червячные колеса, шкивы, звездочки, полумуфты, шлицы, шпонки и др.);

2) опоры – подшипники;

3) уплотнения входных и выходных концов;

4) элементы осевой фиксации насаженных деталей;

5) устройства для регулирования зацеплений и "осевой игры" – зазоров в подшипниках качения.

3.1 Соединение вал–ступица

Конструктивно развитая часть зубчатого (червячного) колеса, шкива, звездочки, которая сопрягается с валом, называется ступицей.

По рекомендациям практики (рису- нок 3.1) [1, c.63] диаметр ступицы назначают: – для стали dСТ' = (1,5...1,55) d; (3.1) – для чугуна dСТ' = (1,55...1,6) d ; (3.2) – для легких сплавов dСТ' = (1,6...1,7) d. (3.3) Меньшие значения – для шлицево-го соединения ступицы с валом; боль- шие – для шпоночного и соединения с

Рисунок 3.1 – Соединение вал–ступица

натягом.

Длина ступицы l_СТ: l_СТ¢ = (0,8...1,5) d (3.4)

Принятую длину ступицы l_СТ согласуют с длиной, полученной из расчета шпоночного, шлицевого или соединения с натягом. Если l_СТ > b₂, где b₂ – ширина зубчатого венца колеса, то выступающую часть ступицы располагают по направлению действия осевой силы F_a в зацеплении.

Для передачи вращающего момента применяют:

а) шпоночные соединения; б) шлицевые соединения;

в) соединения с натягом.