Предисловие (стр. 19 )

Рис. 4.5. Канавки для выхода шлифовального круга:

а, б — для шлифования цилиндрической поверхности вала;

в — для шлифования цилиндрической поверхности и торца уступа

удобства монтажа участок вала под по­садку с натягом должен иметь скосы и фаски (рис. 4.6, а, б, табл. 4.4).

Если участок вала не имеет упорных буртиков, то его диаметр рекомендуют принимать на 5 % меньше посадочного диаметра (рис. 4.6, в).

Форма выходного участка вала (рис. 4.7) может быть цилиндрическая (ГОСТ 12080—66*) или коническая (ГОСТ 12081—72*). Конический конец вала выполнить сложнее. Однако кони­ческие соединения обладают большой нагрузочной способностью, их легче собирать и разбирать. Осевое усилие создают, затягивая гайку. Для этого на конце хвостовика предусматривают крепежную резьбу.

Форма и размеры шпоночных кана­вок на валу зависят от типа шпонки и

d	10...50	50	Свыше 100
d1	d— 0,5 мм	d— 1 мм	d— 1 мм
b	3	5	8; 10
h	0,25	0,5	0,5
r	1	1,6	2;3
r1	0,5	0,5	1

Таблица 4.5 Размеры канавок для выхода шлифовального круга,

мм (см. рис.4.5)

Таблица 4.6 Размеры фасок и скосов (см. рис. 4.6)

d, мм	30...45	45...70	70...100	100
с, мм	2	2,5	3	4
а, мм	3	5	5	8
α, град	30	30	30	10

Рис. 4.6. Фаски (а), скосы (б) и переходные участки (в)

Рис. 4.7. Выходные участки валов: а – цилиндрический, б – конический

режущего инструмента. Пазы для приз­матических шпонок, изготовленные
дисковой фрезой, вызывают меньшую концентрацию напряжений. Однако
фиксация шпонки здесь менее надеж­на, а паз длиннее за счет участков для выхода фрезы (рис. 4.8). При наличии пазов для призматических шпонок
следует предусмотреть такие размеры участков ступенчатых валов, чтобы де­
монтаж деталей происходил без удале­ния шпонок, так как шпонки устанав­ливают в пазах по прессовой посадке и выемка их нежелательна. Поэтому ди­аметр d2 соседнего посадочного участ­ка определяют с учетом высоты h
шпонки:

(4.5.)

где t2 — глубина паза в ступице, мм

Рис. 4.8. Шпоночные пазы:

а— изготовленные пальцевой фрезой; б— дисковой фрезой.

Обозначения: l — рабочая длина шпонки; b— ширина шпонки;

lвых — длина участка для выхода фрезы; Dфр — диаметр дисковой фрезы

Если на выходных участках валов это условие невыполнимо, то шпоноч­ный паз фрезеруют «на проход». При установке на валу нескольких шпонок их следует располагать в одной плос­кости и предусматривать для них по возможности одинаковую ширину па­зов при соблюдении условий прочнос­ти шпоночных соединений. Это позво­ляет обрабатывать пазы без изменения положения вала и одним инструмен­том.

Размеры зубьев шлицевых участков выбирают, учитывая диаметры сосед­них посадочных участков вала. Для вы­хода режущего инструмента внутрен­ний диаметр d зубьев шлицевого участ­ка, расположенного между подшипни­ками, должен быть больше посадочного диаметра подшипника. В противном случае для выхода фрезы предусматри­вают участок длиной lвых (рис. 4.9, табл. 4.5).

По такому же принципу конструи­руют резьбовые участки валов под круг­лые шлицевые гайки. На участках пре­дусматривают канавки для выхода резь­бонарезного инструмента (рис.4.10, табл.4.6) и под язычок стопорной многолапчатой шайбы.

Рис. 4.9. Шлицевые участки валов

Таблица 4.5. Диаметр фрезы для прямобочных шлицев (см. рис.4.9)

Таблица 4.6. Размеры канавок разных типов, мм (см. рис. 4.11.)

Примечание. У канавок типа I радиус скоса r1 =0,5 мм.

При изготовлении вала за одно це­лое с шестерней (рис. 4.11) материал вала и способ термообработки выбира­ют по условиям прочности зубьев шес­терни.

Для изготовления валов применяют углеродистые конструкционные стали 40, 45, 50 и легированную сталь 40Х твердостью НВ≤ 300. Легированные стали 40ХН, 30ХГСА, 30ХГТ и других марок с последующей закалкой ТВЧ применяют для высоконагруженных валов. Быстроходные валы, вращающи­еся в подшипниках скольжения, для повышения износостойкости цапф из­готовляют из цементуемых сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ или азотируемой стали 38Х2МЮА. Если размеры вала опреде­ляются условиями жесткости, то можно

использовать стали Ст. 5, Ст. 6. Это до­пускается при отсутствии на валу изна­шиваемых поверхностей (цапф, шли­цев и др.), требующих прочных, терми­чески обработанных сталей. Фасонные валы (например, коленчатые) изготов­ляют из высокопрочных и модифици­рованных чугунов.

Механические характеристики валов указаны в таблице 4.7.

На третьем этапе конструирования выполняют проверочный расчет вала, определяя эквивалентное напряжение или запас прочности в наиболее опас­ных сечениях.

Для валов, работающих в режиме кратковременных перегрузок, в целях предупреждения пластических дефор­маций выполняют проверочный рас­чет н а статическую проч­ность. Эквивалентное напряжение в опасном сечении, МПа,

; (4.6)

где d — диаметр вала, мм; М — наибольший из­гибающий момент, Н • м; Т — наибольший вра­щающий момент, Н • м.

Допустимое напряжение, МПа,

; (4.7)

где σт — предел текучести, МПа; ST — запас проч­ности по пределу текучести: ST = 1,2...1,8.

Проверочный расчет осей выполня­ют по формуле (4.6) при T = 0.

При длительно действующих на­грузках выполняют проверочный расчет н а сопротивление усталости. Коэффициент запаса усталостной прочности

; (4.8)

где Sσ ; Sτ— коэффициенты запаса прочности со­ответственно по напряжениям изгиба и круче­ния; [S]—допустимый коэффициент запаса прочности: [S] = 2...2,5.

Коэффициент запаса прочности по напряжениям изгиба

; (4.9)

Рис. 4.11. Конструкция вала — шестерни.

Обозначения: da1 — диаметр шестерни; dB — диаметр вала;

dП — посадочный диаметр вала под подшипник

по напряжениям кручения

; (4.10)

где σ-1,-1 — пределы выносливости материала вала соответственно при изгибе и кручении с симметричным знакопеременным циклом, МПа (см. табл. 4.7); КσD, KD— коэффициенты кон­центрации напряжений, учитывающие влияние всех факторов на сопротивление усталости; σа, D — переменные составляющие цикла измене­ния напряжений (амплитуды), МПа; ψσ ψ— ко­эффициенты, характеризующие чувствитель­ность материала к асимметрии цикла напряже­ний (см. табл. 4.7); σm; m — постоянные состав­ляющие цикла изменения напряжений, МПа.

Составляющие цикла изменения на­пряжений изгиба

; (4.11)

, (4.12)

где MΣ — суммарный изгибающий момент, Н • м; Wo — момент сопротивления сечения вала изги­бу) мм3; Fа — осевое усилие. Н; А — площадь се­чения вала, мм2: А = nd2/4.

Момент сопротивления изгибу вала сплошного круглого сечения

; (4.13)

сечения со шпоночным пазом ши­риной b и глубиной t1

; (4.14)

шлицевого участка вала диаметрами d и D числом зубьев z и шириной b

; (4.15)