Установка деталей на концевых участках валов

Цилиндрические концевые участки. Способы осевого фик­сирования на цилиндрическом конце вала при относительно длинном отверстии (/_ст/й? > 0,7) показаны на рис. 12.9, а - е. На рис. 12.9, а деталь фиксируют установочным винтом 1, застопо­ренным пружинным кольцом 2. Применяют установочные винты с коническим и цилиндрическим концом (см. табл. 19.36). Форма отверстий и глубина засверловки приведены в табл. 19.35.

 

На рис. 12.9, б деталь фиксируют на валу плоским пружинным кольцом 1 (см. табл. 19.14). Вследствие погрешностей размеров l, b и S между торцами кольца 1 и детали может быть зазор. Если такой зазор нежелателен, то ставят компенсаторное кольцо 2 (рис. 12.9, в), толщину k которого подбирают или получают подшлифовкой тор­цов по результатам измерений при сборке.

Деталь на рис. 12.9, г фиксирует шайба 1, входящая в паз, вы­полненный в шпонке. Шайбу крепят винтом 2 к торцу детали. Шпонка в этом случае должна быть точно пригнана по длине паза.

Детали, устанавливаемые на шлицевой конец вала, можно фиксировать способами, представленными на рис. 12.9, а - в. Кро­ме того, используют фиксацию шлицевым кольцом 1 (рис. 12.9, д). При сборке шлицевое кольцо перемещают вдоль вала, доводят до канавки, поворачивают на половину углового шага шлицев и крепят одним-двумя винтами 2 к торцу детали. Толщину S кольца подбира­ют или подшлифовывают по результатам измерений при сборке.

При завинчивании конической пробки 1 (рис. 12.9, ё) дефор­мируют шлицевый конец вала, увеличивая его диаметр, и надежно фиксируют деталь от осевых смещений.

При относительно коротком отверстии (l_сТ /d < 0,7) детали, ус­танавливаемые на гладкий или шлицевый цилиндрический конец вала, поджимают круглой шлицевой гайкой 1 к торцу заплечика вала (рис. 12.10, а). Гайку от самопроизвольного отвинчивания стопорят многолапчатай шайбой 2. Размеры гаек и шайб приведе­ны в табл. 19.4, 19.5. На резьбовом участке выполняют паз под язычок стопорной шайбы (см. табл. 19.6). Для выхода резьбонарезно­го инструмента на валу предусматривают проточку

(см. табл. 12.6).

 

 

Рис. 12.10

 

Часто между подшипником и деталью ставят распорную втулку 1

(рис. 12.10, б), которую охватывает манжетное уплотне­ние 2. Во избежание проворачивания втулки относительно вала деталь обязательно поджимают к торцу втулки, например, болтом 3 через концевую шайбу 4. Размеры концевых шайб, болтов и штифтов для их фиксации приведены в табл. 19.7. Осевое поджатие по варианту конструкции, показанному на рис. 12.10, б, можно осуществлять и круглой шлицевой гайкой по типу рис. 12.10, а.

Конические концевые участки. Установку детали на кониче­ский конец вала выполняют с обязательным приложением осевой силы, например, с помощью болта 1 через концевую шайбу 2 (рис. 12.11, а). Стопорная шайба 3 фиксирует болт относительно шайбы 2, а цилиндрический штифт 4 фиксирует шайбу 2 относительно вала. Размеры концевых шайб, болтов и штифтов приведены в табл. 19.7.

Надежно крепление детали гайкой 1 (рис. 12.11, б). Круглую шлицевую гайку после затяжки стопорят многолапчатой шайбой 3. Размеры гаек, шайб и паза под язычок стопорной шайбы приведе­ны в табл. 19.4 - 19.6. Для выхода резьбонарезного инструмента на валу предусматривают проточку (см. табл. 12.6).

 

Рис. 12.11

Наибольшей силой поджима характеризуется конструкция по рис. 12.11, в, которую применяют при тяжелом реверсивном ре­жиме работы. Шестигранную гайку 1 стопорят шайбой 3, одну лапку которой отгибают в шпоночный паз, а другую - на грань гайки. Применяют гайки шестигранные по ГОСТ 5915-70 или ГОСТ 5916-70 (табл. 12.7, размеры в мм).

12.7. Гайки шестигранные класса точности В

ГОСТ 5915-70 ГОСТ 5916-70

Исполнение 1 Исполнение 2 Исполнение 1 Исполнение 2

12.3. Конструкции валов

Входные (быстроходные) валы. Входные валы имеют конце­вые участки, участки для установки подшипников и участки, на которых нарезают зубья шестерен цилиндрических или конических зубчатых передач (конструкции валов-червяков см. разд. 4.7). Конст­руирование концевых участков и определение диаметров валов в местах установки подшипников рассмотрено выше (см. разд. 12.1).

На входном валу цилиндрической передачи зубья шестерен на­резают на среднем участке. Диаметр его определен чаще всего размером d _БП, значение которого находят из условия надежного контакта торцов заплечика и внутреннего кольца подшипника (см. рис. 3.1, 3.2). Конструкция вала на среднем участке зависит от пе­редаточного числа и значения межосевого расстояния передачи. При небольших передаточных числах и относительно большом межосевом расстоянии диаметр d_f1 окружности впадин шестерни больше диаметра d _БП вала (рис. 12.12, а). При больших передаточ­ных числах и малом межосевом расстоянии d_f1 < d _БП, тогда конст­рукцию вала выполняют по одному из вариантов рис. 12.12, б - г, предусматривая участки для выхода фрезы, нарезающей зубья. Диаметр D_e фрезы принимают по табл. 4.4 (стр. 94) в зависимости от модуля т. Длину l _вых определяют графически.

Если наружный диаметр d_a1 шестерни оказывается меньше диаметра d_БП, то обтачивают или весь вал в средней части по на­ружному диаметру шестерни (рис. 12.12, в), или между нарезанной частью и торцом вала выполняют конические переходные участки (рис. 12.12, г). Последний вариант несколько сложнее в изготовле­нии, но жесткость вала получается выше в сравнении с вариантом по рис. 12.12, в.

Рис. 12.12

 

Рис. 12.13

 

Участок выхода фрезы можно распространять на торец вала, по которому базируют подшипник качения (рис. 12.12, в, г).

 

Конструкцию входного вала конической передачи чаще всего выполняют по рис. 12.13, располагая шестерню консольно относи­тельно подшипниковых опор. Регулирование подшипников прово­дят перемещением по валу правого по рис. 12.13 подшипника с помощью круглой шлицевой гайки 1. После регулирования гайку стопорят многолапчатой шайбой 2. Размеры проточки на валу для выхода резьбонарезного инструмента принимают по табл. 12.6, паза под язычок стопорной шайбы, а также наибольший допусти­мый размер d₁ - по табл. 19.6. Другие конструкции входных валов конических зубчатых передач представлены на рис. 14.4, 14.5.

Промежуточные валы. Промежуточные валы не имеют кон­цевых участков. На рис. 12.14 показан промежуточный вал двух­ступенчатого цилиндрического редуктора. На самом валу нареза­ны зубья шестерни тихоходной ступени. Рядом расположено зуб­чатое колесо быстроходной ступени. Диаметры d _БП и d _Бк опреде­ляют по рекомендациям гл. 3 (см. рис. 3.1, 3.2). В зависимости от размеров шестерни конструкцию выполняют или по рис. 12.14, а, (d_f d _БК), или по рис. 12.14, б (d_f < d _БК)- Допустимо участок выхо­да фрезы {D_e по табл. 4.4 стр. 94) распространять на торцы вала, контактирующие с колесом или внутренним кольцом подшипника

(рис. 12.14, б).

 

Рис. 12.14

Между подшипником и колесом на том же диаметре, что и подшипник, располагают дистанционное кольцо. Диаметральные размеры кольца определяют из условия контакта его торцов с ко­лесом и с внутренним кольцом подшипника. Поэтому кольцо име­ет чаще всего Г-образное сечение.

Выходные (тихоходные) валы. Выходные валы имеют кон­цевой участок (см. разд. 12.1). В средней части вала между под­шипниковыми опорами размещают зубчатое колесо. Наиболее простая конструкция вала показана на рис. 12.15. В сопряжении колеса с валом использована посадка с большим натягом. Под­шипники установлены до упора в заплечики вала.

 

 

Иногда между подшипниками и колесом располагают дистанционные втулки (рис. 12.16). В этом случае вал может быть гладким, одного номи­нального диаметра, разные участки которого выполняют с различ­ными отклонениями для обеспечения нужного характера сопряже­ния с устанавливаемыми деталями.

 

Валы следует конструировать по возможности гладкими, с минимальным числом уступов (рис. 12.15, 12.16). В этом случае достигают существенного сокращения расхода металла на изго­товление вала, что особенно важно в условиях крупносерийного производства. Сборку колеса с гладким валом выполняют в сбо­рочном приспособлении, определяющем осевое положение колеса. В индивидуальном и мелкосерийном производстве валы можно снабдить заплечиками для упора колес (рис. 12.17).

Рис. 12.17

Для повышения технологичности конструкции радиусы гал­телей, размеры фасок и канавок для выхода инструмента на од­ном валу желательно принимать одинаковыми. Если на валу пре­дусмотрено несколько шпоночных пазов, то для удобства фрезе­рования их располагают на одной образующей и выполняют одной ширины, выбранной по меньшему диаметру вала (рис. 12.17).

Расчеты валов на прочность

После определения диаметров и длин участков вала, а также его конструктивных элементов производят расчет вала на прочность.

Основными нагрузками на валы являются силы от передач. Силы на валы передают через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колеса, звездочки, шкивы, полумуфты. При расче­тах принимают, что насаженные на вал детали передают силы и моменты валу на середине своей ширины. Под действием посто­янных по значению и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу.

Основными материалами для валов служат углеродистые и легированные стали (табл. 12.8). Для большинства валов приме­няют термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легиро­ванные стали марок 45, 40Х; для высоконапряженных валов ответ­ственных машин - легированные стали марок 40ХН, 20Х, 12ХНЗА.

 

Механические характеристики сталей

 

Выполняют расчеты валов на статическую прочность и на сопротивление усталости. Расчет проводят в такой последова­тельности: по чертежу сборочной единицы вала составляют рас­четную схему, на которую наносят все внешние силы, нагружаю­щие вал, приводя плоскости их действия к двум взаимно перпен­дикулярным плоскостям (горизонтальной X и вертикальной У). Затем определяют реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этих же плоскостях строят эпюры изгибающих мо­ментов M_х и М_у, отдельно эпюру крутящего момента М_к. Пред­положительно устанавливают опасные сечения, исходя из эпюр моментов, размеров сечений вала и концентраторов напряжений (обычно сечения, в которых приложены внешние силы, моменты, реакции опор или места изменений сечения вала, нагруженные моментами). Проверяют прочность вала в опасных сечениях.

Расчет на статическую прочность. Проверку статической прочности выполняют в целях предупреждения пластических де­формаций в период действия кратковременных перегрузок (на­пример, при пуске, разгоне, реверсировании, торможении, сраба­тывании предохранительного устройства).

Величина перегрузки зависит от конструкции передачи (при­вода). Так, при наличии предохранительной муфты величину пе­регрузки определяет момент, при котором эта муфта срабатывает. При отсутствии предохранительной муфты возможную перегрузку условно принимают равной перегрузке при пуске приводного электродвигателя.

В расчете используют коэффициент перегрузки К_П = Т_мах / Т, где Т_мах - максимальный кратковременно действующий вращающий момент (момент перегрузки); Т - номинальный (расчетный) вра­щающий момент. Для асинхронных электродвигателей К_П = 2,2...... 2,9 (см. табл. 19.28).

 

В расчете определяют нормальные а и касательные х напря­жения в рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:

 

где М_тах=К_П - суммарный изгибающий момент, Н ∙ м;

- крутящий момент, Н ∙ м; F_max=K_П F – осевая сила,

Н: W и W_K - моменты сопротивления сечения вала при расчете на изгиб и кручение, мм³; А - площадь поперечного сечения, мм².

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям (пределы текучести _т и _т материала см. табл. 12.8):

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений

 

Статическую прочность считают обеспеченной, если

минимально допустимое значение общего коэффициента запаса по текучести (назначают в зависимо­сти от ответственности конструкции и последствий разрушения вала, точности определения нагрузок и напряжений, уровня техно­логии изготовления и контроля).

Моменты сопротивления W при изгибе, W_K при кручении и площадь А вычисляют по нетто-сечению:

для сплошного круглого сечения диаметром D

 

 

Рис. 12.18

для полого круглого сечения (рис. 12.18, а)

 

 

- коэффициент пересчета:

 

для вала с прямобочными шлицами (рис. 12.18, б)

 

 

для вала с эволъвентными шлицами и для вала-шестерни в се­чении по зубьям геометрические характеристики приведены в табл. 12.9, 12.10;

для вала с одним шпоночным пазом (рис. 12.18, в)