подшипников и манжет

Проектный расчет валов. Выбор муфт,

5.1 Проектный расчет вала имеет целью определение диаметров его отдельных участков. На этом этапе осевые размеры вала неизвестны, что делает невозможным оценку вклада напряжений изгиба в общее напряженное состояние. Расчет приходится вести только по напряжениям кручения , занижая в несколько раз из соображений перестраховки допускаемое напряжение .

В результате проектного расчета определяют диаметр опасного участка вала. Для сплошных валов круглого сечения при принятой ранее размерности входящих параметров ( – мм; – Н× м; – МПа) соответствующая формула имеет вид:

, (39)

где крутящий момент в сечении совпадает (в случае однопоточных схем) с вращающим моментом на данном валу; допускаемое напряжение принимают из диапазона 15...40 МПа; под понимают наименьший из посадочных диаметров деталей, через которые передается поток мощности. Для входных и выходных валов таковым является диаметр хвостового участка вала, для промежуточных валов ­– диаметр посадочной поверхности под колесом. Диаметры прочих участков вала находят конструктивно, обеспечивая условия фиксации деталей на валу и возможность применения стандартных узлов – муфт, подшипников, манжет.

По формуле (39) обычно рассчитывают валы открытых передач, в то время как для валов редукторов применяют более простые формулы эмпирического характера, приведенные ниже.

5.2 Входной (быстроходный) вал редуктора. Типовые конструкции входных валов с цилиндрической и конической шестерней приведены на рис. 26.

Рис. 26.

Диаметр входного участка принимают при цилиндрической и при конической шестерне. Полученное значение округляют по ряду нормальных размеров (табл. П3).

Если вал соединен с электродвигателем через муфту, то рассчитанное значение, скорее всего, не подойдет, поскольку его необходимо согласовать с диаметром отверстия в муфте. В процессе такого согласования попутно производится выбор муфты. Алгоритм действий здесь следующий:

- из табл. П2 по типу выбранного в п. 1.2.3 электродвигателя находят присоединительный диаметр его вала;

- из трех таблиц П4 – П6 берут ту, которая соответствует нужному типу муфты – упругой втулочно-пальцевой, кулачково-дисковой или зубчатой;

- находят величину расчетного вращающего момента:

,

где коэффициент режима работы принимают по табл. 19.
- выбирают конкретную муфту с номинальным вращающим моментом не ниже рассчитанного, которая допускает посадку на вал двигателя;

- согласовывают путем увеличения рассчитанный ранее диаметр входного участка вала с одним из приемлемых для данной муфты значений. При этом не требуется совпадения с , поскольку допускается комплектование муфты полумуфтами с различающимися диаметрами отверстий. Возможна ситуация, когда ради согласования диаметров приходится брать муфту с необоснованно большим значением .

Таблица 19

Тип машины
Транспортеры ленточные	1, 25...1, 50
Транспортеры цепные, винтовые, скребковые	1, 50...2, 0
Воздуходувки и вентиляторы	1, 25...1, 50
Насосы центробежные	1, 50...2, 0
Насосы и компрессоры поршневые	2, 0...3, 0
Станки металлорежущие с непрерывным движением	1, 25...1, 50
Станки металлорежущие с возвратно-поступат. движением	1, 50...2, 50
Станки деревообделочные	1, 50...2, 0
Мельницы шаровые, дробилки, молоты, ножницы	2, 0...3, 0
Краны подъемные, элеваторы	3, 0...4, 0

После определения диаметра входного участка вала диаметры остальных участков находят по формулам:

- для вала с цилиндрической шестерней по рис. 26, а

; ; ;

- для вала с конической шестерней по рис. 26, б

; ; ; .

Выступ высотой в конце входного участка необходим для возможности свободного прохода подшипника или манжеты поверх запрессованной шпонки. Высота буртиков и заплечиков должна обеспечивать достаточную площадь контакта по торцевой поверхности детали при наличии скругления радиусом или фаски размером (рис. 27).

Рис. 27

Параметры и принимают по табл. 20, в зависимости от диаметра соответствующего участка вала.

Работу по приведенным формулам ведут последовательно. К вычислению очередного параметра приступают только после уточнения предыдущего по следующим стандартам:

- диаметр под манжету 20; 21; 22; 24; 25; 26; 30; 32; 35; 36; 38; 40; 45; 48; 50; 52; 55; 58; 60; 62; 63; 70; 71; 75 мм;

- диаметр под подшипник 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100,..., кратно 5 мм;

- диаметр под гайку круглую шлицевую 20; 22; 24; 27; 30; 33; 36; 39; 42; 45; 48; 52; 56; 60; 64; 68; 72; 76; 80; 85 мм;

- диаметр буртика подшипника – в соответствии с рядом Ra40 нормальных линейных размеров, табл. П3.

Таблица 20

	17–22	24–30	32–38	40–44	45–50	52–58	60–65	67–75	80–85	90–95
		3, 5	3, 5	3, 5		4, 5	4, 6	5, 1	5, 6	5, 6
	1, 5		2, 5	2, 5			3, 5	3, 5	3, 7
			1, 2	1, 2	1, 6			2, 5	2, 5

5.3 Промежуточный вал редуктора. Типовая конструкция промежуточного вала приведена на рис. 28. Здесь цилиндрическое или коническое зубчатое колесо фиксируется в осевом направлении посредством распорной втулки, устанавливаемой между внутренним кольцом подшипника и колесом.

Рис. 28

Диаметр посадочного участка вала под колесом

.

Полученное значение округляют по ряду нормальных размеров. Диаметры остальных участков:

; ; .

Диаметр цапфы под подшипник должен быть кратен 5 мм.

5.4 Выходной (тихоходный) вал редуктора. Конструкция данного вала представлена на рис. 29.

Рис. 29

Диаметр выходного участка

.

Полученное значение округляют по ряду нормальных размеров.

Если на выходном участке посажена муфта, то диаметр необходимо согласовать с диаметром отверстия в муфте, как это описано выше. Попутно производится выбор самой муфты.

Диаметры остальных участков:

; ; ; ; .

Аналогичным образом рассчитывают валы открытых передач, которые обычно устанавливают в подшипниках скольжения без использования манжетных уплотнений. Диаметры цапф под подшипник скольжения округляют по ряду 25; 28; 32; 35; 40; 45; 50; 55; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200 мм.

Результаты проектного расчета валов заносят в табличную форму:

Вал	Диаметры участков вала, мм
...

5.5 Подбор манжет производят с помощью табл. П7 по значениям диаметров .

Манжеты запрессовывают в сквозные крышки подшипников с целью предотвращения подтекания масла по имеющимся зазорам, а также для защиты внутреннего механизма и подшипников от попадания пыли и грязи.

Как правило, ставят одну манжету открытым торцом в сторону внутренней полости редуктора. Для редукторов, работающих в неблагоприятных внешних условиях, манжету ставят открытым торцом наружу. Иногда ставят сразу две манжеты, открытыми торцами друг от друга. Также находят применение манжеты с пыльниками.

По результатам выбора заполняют форму:

Вал	Размеры манжет, мм
входной (1)
выходной (3)

5.6 Подбор подшипников производят по известному диаметру цапф вала, используя табл. П8 – П11. Поскольку нагрузки на опоры еще не известны, рекомендуют выбирать подшипники легкой (2-й) серии диаметров. В дальнейшем, если грузоподъемность назначенных подшипников окажется недостаточной, переходят к подшипникам средней (3-й) или тяжелой (4-й) серий. Если и этого недостаточно, увеличивают диаметр цапфы с последующей корректировкой диаметров всех остальных участков вала. В крайнем случае, возможен вариант установки на одной опоре двух подшипников.

Для опор валов цилиндрических ступеней редуктора предварительно назначают шариковые радиальные подшипники (табл. П8). При больших нагрузках на вал габариты подшипников этого типа могут не вписываться в межосевое расстояние ступени. В этом случае выбирают более компактные, при той же грузоподъемности, конические роликовые подшипники (табл. П9)

Для опор валов конических или червячных ступеней лучше всего подходят конические роликовые подшипники. Если частота вращения конической шестерни 1500 об/мин, рекомендуют устанавливать на ее валу шариковые подшипники радиально-упорного типа (табл. П10).

Для опор высоконагруженных и тихоходных валов открытых передач чаще назначают подшипники скольжения (табл. П11). Также находят применение подшипники качения, выполненные в отдельных закрытых корпусах.

По результатам выбора подшипников заполняют табличную форму по следующему образцу:

Вал	Номер подшипника	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, кН	, кН
						16, 5	23, 9	17, 9
						17, 5	29, 8	22, 3
					––	––	25, 7	18, 1
	скольжения 63´ 60		... приводятся размеры из табл. П11
	скольжения 80´ 75		... приводятся размеры из табл. П11

Изложенные принципы конструирования валов зубчатых передач справедливы и для валов передач других видов – червячных, ременных, цепных. Также в силе остаются рекомендации табл. 20 по назначению величин заплечиков и буртиков, обеспечивающих осевое фиксирование деталей на валу.

После проектного расчета валов прорабатывают конструкцию деталей передач (зубчатых колес, шкивов, звездочек), затем приступают к эскизной компоновке.