Проектный расчет валов и шпинделя

Предварительное определение диаметра вала, необходимое для выполнения эскизной компоновки рекомендуется проводить по расчёту на кручение. Для вала сплошного поперечного сечения диаметр (мм) определяется по формуле:

, (4.2)

где: M – крутящий момент , Н·м;

[t] – допускаемое напряжение при кручении; При проектных расчетах обычно принимают [t] = 15-20 МПа

Для полого вала (гильзы и шпиндели с внутренними отверстиями):

, (4.3)

где: с = d_в.о. / d_н.d. – отношение диаметра отверстии вала к наружному диаметру, для полых валов коробок скоростей и шпинделей токарных станков можно ориентировочно принять с = 0,8, для шпинделей фрезерных станков с = 0,5.

Полученное значение d будет минимальным для рассчитываемого вала. Размеры вала в других сечениях выберите по конструктивным соображениям, в зависимости от длины вала и назначения его участков. Так, например, для первого вала, вращающегося с высокой частотой, расчётный диаметр d следует назначить под муфтой, т.е. на консольном участке вала. Если на этом участке будет расположен шкив или зубчатое колесо согласующей передачи, то диаметр консоли увеличить на 25…40% в зависимости от её длины. Диаметр консоли можно не увеличивать, если консольный участок разгрузить от изгибающего момента согласующей передачи за счёт применения разгрузочной втулки.

Диаметры остальных участков вала определите конструктивно, увеличивая их ступенчато от минимального на консоли к середине межопорной части. Это необходимо для нормальных условий сборки остальных элементов. Помните, что диаметр вала под подшипники следует округлить до числа, краткого 5 (при d_n ³ 20). Для остальных участков значение диаметров выбирайте по ГОСТ 6636-69, для шлицевых участков по ГОСТ 1139-80. Внутренний диаметр шлицевого участка должен быть не менее расчётного и не менее диаметра вала под подшипником.

Диаметр длинного вала (при L/d ³ 20 ) без промежуточных опор следует увеличивать на 15...25% для обеспечения его жёсткости.

При назначении диаметров ступеней шпинделя помните, что все детали, насаженные на него, собираются со стороны задней опоры. Поэтому полученный расчётный диаметр d округлите в большую сторону до числа, кратного 5, и назначьте его под подшипником задней опоры. Диаметры остальных ступеней определите конструктивно, увеличивая их к переднему концу шпинделя.

Для выдвижного шпинделя сверлильного станка минимальный диаметр, равный расчётному, будет на шлицевом участке, которым он связан с коробкой скоростей. Поэтому вначале выберите шлицевое соединение, внутренний диаметр которого должен быть больше или равен расчётному. Затем выберите диаметр вала под подшипником так, чтобы он был больше наружного диаметра шлицевого участка.

Внутренний диаметр гильзы (последнего вала коробки скоростей) сверлильного станка определите по наружному диаметру шлицов шпинделя, прибавьте к нему 1…2 мм, чтобы шпиндель не касался по всей длине гильзы, и округлите до стандартного значения. Наружный диаметр гильзы определите по формуле (4.3), округлите значение до числа, кратного 5, и назначьте его под подшипником. Остальные размеры назначьте конструктивно.

Проектируя валы и шпиндели межопорной части, помните, что количество ступеней должно быть минимально необходимым. Рекомендуется на одной ступени сажать с натягом не более двух зубчатых колёс или других элементов. Диаметр минимальной ступени (у подшипника) определяется по высоте заплечиков, см. [3, с. 177-180]. При отсутствии осевых нагрузок на подшипники допускается высоту заплечиков уменьшить.