Основные размеры ступеней быстроходного и тихоходного валов определены при предварительном проектном расчете. Конструируя валы, размеры посадочных поверхностей ступеней d и l уточняют и определяют в зависимости от конструкции и размеров деталей, установленных на ступенях, с учетом их расположения относительно опор, а затем принимают по стандарту.
1 Первая ступень. Выходной конец вала может быть цилиндрическим или коническим. Посадки деталей на конус обладают рядом достоинств: легкость сборки и разборки, высокая точность базирования, возможность создания любого натяга. В проектируемых редукторах в равной мере применяют цилиндрические и конические концы валов (рисунок 63).
Рисунок 63 Конструирование выходной ступени вала: a – с коническим концом; б – с цилиндрическим концом
Диаметр 1-й ступени d1 рассчитан на чистое кручение. Если диаметр 2-й ступени d2 изменился (увеличился) в связи с проверкой пригодности подшипника, то нужно пересчитать диаметр 1-й ступени:
d1 = d2 – 2×t.
Здесь t > 2´f – высота буртика, где f – конструктивный размер фаски который принимают в соответствии с радиусом галтели r по таблице 7 (в таблице 9 приведены стандартные размеры фасок). Длина ступени l1 (таблицы 9, 10) определяется по осевым размерам ступицы элементов открытых передач или посадочного места полумуфты.
Возможна установка и демонтаж подшипника на второй ступени без снятия шпонки (рисунок 64). Для этого нужно диаметр d1 (dср) определить в зависимости от диаметра d2, равного диаметру d внутреннего кольца подшипника:
d1 = d2 – 2.2×(h-t1) – для цилиндрических концов вала;
dср = d2 – 2.2×(h-t1) – для конических концов,
где h – высота шпонки; t1 – глубина посадки шпонки в паз вала (таблица 10).
Рисунок 64 – Демонтаж подшипника без снятия шпонки
Таблица 13 Концы валов конические, мм
Номинальный
диаметр
d1
b
h
t1
t2
d2
d3
l2
l3
2.5
1.8
M12´1.25
M6
6.5
8.8
3.0
2.3
M16´1.5
M8
9.0
10.7
M10
11.0
13.0
3.5
2.8
M20´1.5
M12
14.0
16.3
3.3
M24´2
5.0
3.3
M30´2
M16
21.0
23.5
5.0
3.3
M36´2
M20
21.0
23.5
23.5
26.5
5.5
3.8
6.0
4.3
M42´3
M20
23.5
26.5
7.0
4.4
M48´3
M24
26.0
29.3
7.5
4.9
M56´4
M30
35.9
9.0
5.4
M64´4
Таблица 14 Канавка для выхода резьбонарезного инструмента, мм
Выполнение этого условия приводит к значительной разности диаметров d1 и d2. В тех случаях, когда расстояние l больше ширины внутреннего кольца подшипника В (рисунок 64), разность диаметров d1 и d2 можно уменьшить за счет обвода шпонки при установке подшипника.
Диаметр выходного конца быстроходного вала d1, соединенного с двигателем через муфту, не должен отличаться от диаметра вала ротора двигателя d1(дв) больше чем на 20%. При выполнении этого условия соединение валов осуществляется стандартной муфтой.
Если осевая фиксация деталей, установленных на 1-ю ступень осуществляется шестигранной или круглой гайкой с многолапчатой шайбой, то для выхода инструмента при нарезании резьбы выполняют канавки (таблица 11). Канавки делают также под язычок стопорной многолапчатой шайбы (таблица 12). Для облегчения монтажа насаживаемых деталей на торце 1-й ступени выполняют фаску с.
2 Вторая ступень. Диаметр ступени d2 принимается равным диаметру d внутреннего кольца подшипника. Длина ступени l2 зависит от осевых размеров: деталей, входящих в комплект подшипникового узла, расположенного со стороны выходного конца вала; величины z = (0.6…0.8)×х (раздел 3).
Длина ступени l2 должна быть достаточной, чтобы обеспечить упор в ее торец элемента открытой передачи или муфты.
3 Третья ступень.
а) Для тихоходных валов (рисунок 62).
Диаметр ступени d3 = d2 + 3.2×r, где r – координата фаски внутреннего кольца подшипника (таблицы 7–9). Длина ступени l3 может быть выполнена больше длины ступицы колеса lст, и тогда распорная втулка между торцом внутреннего кольца подшипника и торцом ступицы колеса ставится на 3-ю ступень (рисунок 62 б). При этом следует предусмотреть зазор с между торцами 3-й ступени и внутреннего кольца подшипника. Если l3 выполняется меньше lст, то распорная втулка ставится на 4-ю ступень (рисунок 62 а, в) или на 2-ю и 4-ю ступени (рисунок 62 г) с зазором с между буртиком ступени и торцом втулки. с=1...2 мм.
Шпоночный паз на 3-й ступени располагают со стороны паза 1-й ступени. Ширину шпоночного паза b для удобства обработки следует принять одинаковой для 1-й и 3-й ступеней исходя из меньшего диаметра.
б) Для вала-шестерни цилиндрической (рисунок 61).
Цилиндрическая шестерня находится на 3-й ступени. На чертежах таких валов изображают выход резьбы (рисунок 61 б-г). Величина выхода lф зависит от модуля зацепления m и внешнего диаметра фрезы Dф (таблица 16) и определяется графически.
Таблица 16 Внешний диаметр фрезы, мм
Модуль
зацепления m
2…2.25
2.5…2.75
3…3.75
4…4.5
5…5.5
6…7
Dф
Степень
точности
8…10
Диаметр 3-й ступени определяется в зависимости от диаметра 2-й ступени и координаты фаски внутреннего кольца подшипника r (таблицы 7–9): d3 = d2 + 3.2×r, и должен обеспечить свободным выход фрезы. Длина ступени l3 определяется при конструировании всего узла быстроходного вала в целом.
Конструкция 3-й ступени вала-шестерни цилиндрической зависит от передаточного числа редуктора u и межосевого расстояния aw. При небольшом u и относительно большом aw получается d3≤df1 (рисунок 61 а); при большом u и относительно малом awбудет d3>df1 и тогда конструкцию 3-й ступени выполняют по одному из вариантов на рисунке 61 б, в предусматривающих участки выхода фрезы. Если наружный диаметр шестерни da1 окажется меньше d3, третью ступень обтачивают под диаметр da1. Участок выхода фрезы допускается распространить и на образовавшуюся при этом упорную ступень (буртик) для подшипника (рисунок 61 г).
4 Четвертая ступень. Диаметр 4-й ступени d4 равен диаметру d2 2-й ступени под подшипник, а ее длина l4 зависит от осевых размеров деталей, входящих в комплект подшипникового узла, расположенного со стороны глухой крышки.
5 Пятая ступень. Для тихоходных валов (рис. 5.9а, в); эта ступень предотвращает осевое смещение колеса. Диаметр ступени d5 = d3 + 3×f, где f – фаска ступицы колеса (таблица 6); длина ступени l5 определяется графически на конструктивной компоновке. В цилиндрических редукторах в ряде случаев вместо 5-й ступени тихоходного вала устанавливают распорную втулку на 2-й, 4-й или 3-й ступени с наружным диаметром d5, не превышающим наружный диаметр внутреннего кольца подшипника.