Конструирование вала

В результате прочностного расчета получают диаметры ва­ла в характерных сечениях. Эти диаметры откладывают симметрично оси вращения вала в соответствующих сечениях его конструктивной схемы на компоновке редуктора. Соединяя полученные точки прямыми линиями, получают теоретический профиль вала или конфигурацию стержня равного сопротивления.

Объем этого стержня является минимально допустимым для кон­струирования вала. При конструировании внедрение в пределы этого объема не допускается, т.к. ведет к уменьшению расчетной прочно­сти вала.

По признаку соответствия теоретическому профилю валы могут быть двух типов - ступенчатые (рис.12, а, б) и гладкие цилиндрические (рис.12, в).

Выбор типа конфигурации вала определяется рядом условий.
При необходимости максимальной экономии материалов и прос­тоты сборки – разборки валов, им придают ступенчатую форму, внешним образом максимально приближающуюся к теоретическому профилю. Эта форма чаще используется в единичном и мелкосерийном производ­стве. У таких валов соединение с деталями, передающими крутящий момент, осуществляют шпонками или шлицами

(рис. 12, а). С точки зрения технологичности конструкции шпоночное соединение трудоемко в изготовлении. При передаче вращающего момента оно характери­зуется значительными местными деформациями вала в ступице колеса в районе шпоночного паза, что снижает усталостную прочность вала.

В настоящее время, в связи с появлением эффективного и до­статочно простого оборудований для гидравлической сборки появилась тенденция к изготовлению гладких цилиндрических валов (рис. 12,в). В этом случае для соединения деталей с валом применяют бесшпоночное соединение с гарантированным натягом. Этот вид соединения более прост, т.к. не требует изготовления шпонок, шлицев, выступов для осевой фиксация деталей; обеспечивает хорошее центрирование сопрягаемых деталей; возможность создания любого натяга, хорошо воспринимает ударные нагрузки.

На валах всех типов (рис. 12,а,б) имеются участки поверхно­стей, качество, форма и размеры которых определяются размещенны­ми на них деталями, способом крепления этих деталей, расположе­нием опор, конструкцией уплотнений и подшипниковых узлов. Положе­ние и размеры участков-секций зависят от длины и формы поверхно­стей, насаживаемых на них деталей.

На рис. 12,а секции 1-2 и 5-6 сходны по назначению, имеют одинаковые посадки и вид соединения, но отличаются геометрически­ми размерами.

Аналогичные секции вала (рис. 12,б), отличаются не только размерами, посадками, но и способом соединения деталей. В то же время секции 3 – 4 и 8 – 9 у валов разных конструкций одинаковы по своим параметрам.

Эти примеры показывают, что принятию технического решения при конструировании вала должен предшествовать анализ возможно­сти исполнения основных принципов конструирования валов: типиза­ции поверхностей по видам сопряжений, выполнению условия сборки и достижению определенной степени технологичности конструкции.

Основное условие сборки заключается в том, что при сборке узла вала, во избежание ослабления посадок из-за повреждения поверхностей, любая насаживаемая на вал неразъемная деталь должна проходить до своего места посадки свободно – с зазором.

В ступенчатых валах это условие выполняется за счет отличия диаметров посадочных поверхностей участков вала, а в гладких -допусков и шероховатости участков одного и того же номинального диаметра вала.

По технологическому условию при конструировании валов следует стремиться к минимальному числу ступеней, что сокращает число пе­реходов и номенклатуру инструмента, а следовательно, улучшает технологичность конструкции. Сборку следует проводить со стороны ближайшей к посадочному месту опоры. Для повышения качества механической обработки, базирования деталей и уменьшения местных напряжений в ступенчатых палах, переходы между ступенями вала и уступами разделяют проточками, канавками, галтелями или фасками, таблица 2.

Общую схему конструирования валов можно представить в виде следующей последовательности операций:
а) секционирование поверхности вала по видам и размерам насаживаемых на вал деталей;
б) назначение диаметров посадочных поверхностей с учетом теоретического профиля вала, вида соединения и стандартов на посадоч­ные диаметры деталей;
в) корректировка диаметров поверхностей с учетом условия сборки, технологичности и осевой фиксации деталей;
г) корректировка длин секций с учетом прочности соединений и стандартов на детали;
д) для гладких валов обоснование соотношения размеров допу­сков на посадочные поверхности;
е) для ступенчатых валов обоснование применения галтелей, канавок и проточек.