2.Проектирование валов приводов технологического оборудования

2.1.Определение силовой схемы вала

На валах передач имеются зубчатые и червячные колеса, звездочки, шкивы и муфты. В данном пособии приведены схемы различных редукторов, наиболее часто встречающихся при расчетах, показаны усилия, возникающие в этих передачах и построены эпюры изгибающих и крутящих моментов (рисунки 2.1...2.7). Силы взаимодействия между зубьями сцепляющихся колес представлены тремя взаимно перпендикулярными составляющими и эпюры построены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - вертикальной и горизонтальной, для удобства изображения обе эпюры построены в плоскости листа. Окружное усилие направлено по касательной к делительным окружностям колёс, радиальное направлено по радиусу к центру колеса и осевое направлено параллельно оси вала. Индексы определяют направление усилия. Индекс 1 присваивается усилиям, действующим на ведущий элемент передачи, индекс 2 - на ведомый.

Момент движущих сил на ведущем валу по направлению совпадает с вращением вала, момент сил полезных сопротивлений на ведомом валу по направлению противоположен вращению вала.

Студенту необходимо ознакомиться со схемами и выбрать наиболее подходящую для своего случая. Определить усилия , действующие в передаче, по формулам, изображенным на соответствующем рисунке (рисунки 2.1...2.7), где  = 20^ - угол зацепления,  - угол наклона зуба, кроме этого необходимо учитывать усилия, действующие на вал со стороны открытых передач и муфт.

Усилие, передаваемое муфтой на вал, определяется по формуле

, (2.1)

где - окружное усилие на этом валу.

Усилие, передаваемое на вал ременной передачей

Нагрузка на валы от натяжения ременной передачи равна

, (2.2)

где  - угол обхвата малого шкива (для плоскоременных , для клиноременных ); - усилие первоначального натяжения:

для плоских ремней ,

для клиновых ремней ,

где напряжение в ремне от первоначального натяжения:

• для плоских ремней ,

• для клиновых ремней ;

• - площадь поперечного сечения ремня, ; - число клиновых ремней в передаче.

Усилие направлено по линии центров шкивов, и ее значение считают по формуле (2.2) или берут из соответствующего расчета открытой передачи.

Усилие, передаваемое на вал цепной передачей.

В цепной передаче нагрузка на валы звездочек направлена по линии центров звездочек

, (2.3)

где - окружная сила на звездочке, ; - коэффициент, учитывающий влияние провисания цепи, при горизонтальном положении передачи , при наклонном , при вертикальном ; - масса одного метра цепи, таблицы 7.15, 7.16 [3]; - межосевое расстояние.

Цилиндрические зубчатые передачи.

Определение усилий, действующих в цилиндрической передаче, осуществляется по формулам в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Усилия действующие в цилиндрической передаче

Усилия	Шестерня	колесо
окружные
радиальные
осевые

где и - вращающие моменты на ведущем и ведомом валах; и - делительные диаметры шестерни и колеса;  - угол зацепления в нормальном сечении , ;  - угол наклона зубьев передачи, для прямозубых колес .

Конические зубчатые передачи

Определение усилий, действующих в конической прямозубой передаче производится по формулам таблицы 2.2,

Таблица 2.2

Усилия действующие в конической прямозубой передаче

Усилия	шестерня	Колесо
Окружные
Радиальные
Осевые

где и - вращающие моменты на ведущем и ведомом валах; и - диаметры оснований делительных конусов в среднем сечении;  - угол зацепления в передаче, ; ₁ и ₂ - половины углов при вершинах делительных конусов шестерни и колеса.

Червячные передачи

Определение усилий, действующих в червячной передаче, осуществляется по формулам таблицы 2.3.

Таблица 2.3

Усилия действующие в червячной передаче

Усилия	На червяк	На колесо
Окружные
Радиальные
Осевые

где и - вращающие моменты на ведущем и ведомом валах; и - делительные диаметры червяка и колеса;  - угол зацепления в сечении червяка, .

Следующей частью расчета является выбор материала вала. Обычно валы изготовляют из углеродистых и легированных сталей. При отсутствии термообработки применяют Ст5, с термообработкой - стали 40, 45, 40Х. Если вал выполнен заодно с шестерней или ведется расчет вала червяка, то для вала выбирается материал из которого выполнена шестерня или червяк.