5.5. Силы при нагружении валов

Редукторные валы испытывают два вида деформации - изгиб и кручение. Деформация кручения на валах возникает под действием вращающих моментов, приложенных со стороны двигателя и рабочей машины. Деформация изгиба валов вызывается силами в зубчатом зацеплении закрытой передачи и консольными силами со стороны открытых передач и муфт.

рис. 75. Схема сил в зацеплении косозубой

цилиндрической передачи:

a – направление линии зуба колеса – левое, шестерни – правое;

б – колеса – правое, шестерни левое;

1, 2 – вращение быстроходного вала по часовой стрелке;

3, 4 – против часовой стрелки (смотреть слева).

рис. 76. Пример схемы нагружения валов

цилиндрического одноступенчатого

редуктора с муфтой и цепной передачей

Окружное усилие F_t направлено по касательной к начальным окружностям зубчатых колес, радиальное усилие F_r – по радиусу к центру колеса, осевое усилие F_a – параллельно оси вала.

В проектируемых приводах конструируются цилиндрические косозубые редукторы с углом наклона зуба β = 8...16°, Угол зацепления принят α = 20°.

Значения сил можно определить по таблице 2.

Таблица 2. Определение сил в зацеплении

Силы в зацеплении	Значение силы
	На шестерне	На колесе
Окружная
Радиальная
Осевая

5.6. Определение геометрических параметров ступеней валов

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 в сравнении с напряжениями от кручения и изгиба, то их обычно не учитывают.

Расчет редукторных валов производится в два этапа: 1-й - проектный (приближенный) расчет валов на чистое кручение; 2-й - проверочный (уточненный) расчет валов на прочность по напряжениям изгиба и кручения.

В проектируемых редукторах рекомендуется применять терми­чески обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х, одинаковые для быстроходного и тихоходного вала.

Механические характеристики сталей для изготовления валов (σ_в, σ_т, σ_-1) определяют по таблицам.

Проектный расчет валов выполняется по напряжениям круче­ния (как при чистом кручении), т. е. при этом не учитывают на­пряжения изгиба, концентрации напряжений и переменность напряжений во времени (циклы напряжений). Поэтому для компенсации приближенности этого метода расчета допускаемые напряжения на кручение применяют заниженными: [τ]_к = 10...20 Н/мм². При этом меньшие значения [τ]_к - для быстроход­ных валов, большие [τ]_к - для тихоходных.

Редукторный вал представляет собой ступенчатое цилиндричес­кое тело, количество и размеры ступней которого зависят от коли­чества и размеров установленных на вал деталей.

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

Проектный диаметр вала:

,

где M_к – крутящий момент равный вращающему моменту на валу; [τ]_к = 10...20 Н/мм².

Полученный диаметр необходимо округлить (кратно 5 мм) в бόльшую сторону.

рис. 77. Расчетная схема вала