Конструирование валов. Конструктивные элементы корпуса. Конструирование деталей передач

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ

2.1. Общие сведения

Валы реально осуществляют геометрическую ось вращающихся деталей, на них закреплённых, таких, как зубчатые колёса, шкивы, звёздочки, муфты, маховики и др. Валы воспринимают и передают крутящий (вращающий) момент Т, что отличает их от осей, и изгибающий момент М (кроме торсионных валов).

Для посадки закреплённых деталей на валах предусмотрены цилиндрические и конические участки определённого диаметра и длины (рис. 2…9). Для фиксирования деталей в осевом направлении валы снабжают упорными буртами,  проточками для постановки пружинных колец, резьбами для установки гаек и др.

Для передачи крутящего момента применяют прессовые, шпоночные и шлицевые соединения. Диаметры участков вала, рассчитанные на прочность, могут потребовать корректировки, связанной с конструированием закреплённых деталей. В общем машиностроении применяют ступенчатые и гладкие валы. 

2.2. Ступенчатая конструкция

Ступенчатый вал имеет посадочные поверхности, торцы, заплечики, галтели, фаски и другие элементы. Ступенчатая конструкция (рис. 16) позволяет:

1)  упростить посадку деталей с натягом за счёт свободного прохода деталей во время сборки до места посадки без натяга, например, зубчатого колеса над шейкой вала и подшипника качения над хвостовиком;

2)  строго базировать детали в осевом направлении путём создания уступов (заплечников, упорных буртов);

3)  приблизить форму вала к равнопрочному брусу;

4)  применять на различных участках вала различные допуски размеров, допуски формы и классы шероховатости и пр.

Валы изготовляют из штампованных заготовок при серийном производстве или из круглого проката при единичном производстве. Входной и выходной валы

Рис. 16. Конструкция ступенчатого вала редуктора имеют, как минимум, три цилиндрических участка: хвостовик 1, две шейки 2 и подступичную часть (головку) 3 (рис. 16). На хвостовик надеваются полумуфта, зубчатое колесо, шкив и т.п. Передача крутящего момента осуществляется при помощи шпонок (рис. 16, поз. 4), шлицев (рис. 17) либо прессовой посадкой со шпонкой (на коническом хвостовике, рис. 3).

Если на валу два и более шпоночных паза, то их направляют по одной образующей (рис. 16). Изготовление паза пальцевой фрезой с использованием шпонки со скруглёнными торцами (рис. 16) предпочтительно, так как шпонка фиксируется в пазу более надёжно, чем при нарезании паза дисковой фрезой.

Для облегчения посадки деталей на вал хвостовик и другие участки снабжают фасками (рис. 16, поз. 5), координаты которых, а также радиусы галтелей (поз. 6), назначают по диаметру участка вала (табл. 6).

Таблица 6. Размеры элементов переходных сечений

На одном валу следует фаски принимать одинаковыми для уменьшения числа операций механической обработки. При невозможности проектирования фаски рекомендуемых размеров на промежуточных торцах вала, например, рис. 16, поз. 7, острые кромки валов притупляют с координатой 0,3…1 мм. На чертежах деталей такие фаски не показывают, а в технических требованиях делают запись по типу: «Кромки притупить R ≈ 0,3 мм».

Шейки2вала (рис. 16) служат для посадки подшипников. Они имеют диаметр, совпадающий с внутренним диаметром подшипника d, который всегда больше диаметра хвостовика для свободного монтажа и демонтажа подшипника. Диаметры соседних участков вала выполняют с мало различающимися размерами по следующим причинам:

1)   значительная разница диаметров способствует более высокой концентрации напряжений (в расчётах - высокому эффективному коэффициенту концентрации напряжений К_s или К_t); снизить концентрацию напряжений можно увеличением радиуса галтели r_г, что не всегда возможно, так как r_г должен быть меньше координаты фаски колец подшипника качения или ступицы колеса (рис. 10);

2)   при большой высоте заплечика становится невозможным съём подшипника с вала, так как внутреннее кольцо будет утоплено буртом, тогда как лапки съёмника (рис. 16, поз. 8) должны иметь надёжный захват внутреннего кольца подшипника по площадке высотой не менее 1 мм (рис. 10);

3)   при малой высоте заплечика невозможно обеспечить надёжный монтаж подшипника на валу путём его упора в бурт (центрирование по торцу); ширина кольцевой площадки контакта должна быть не менее 1 мм (рис. 10), чтобы торцы вала не сминались при действии осевой нагрузки.