Выполнение расчетно-графической работы
рабочего чертежа детали «Вал»

Задания на выполнение рабочего чертежа детали «вал» разработаны с целью выработки у студентов некоторых представлений о конструкциях обрабатывающих станков. Варианты заданий составлены на основе рабочих чертежей различных механизмов указанных станков.

Содержание задания состоит в выполнении рабочего чертежа детали типа «вал» по условиям, приведенным на листах вариантов. Эти условия оговаривают конфигурацию вала, а именно: перечень обязательных для выполнения элементов с указанием необходимых линейных размеров, требования результатов термической обработки, а также предлагаемый для использования материал вала.

К элементам вала относятся: центровые отверстия, конусности, заплечики, галтели, фаски, места «под ключ», канавки, проточки, резьбы, шлицы, шпоночные пазы, цилиндрические участки под подшипники.

Появление элементов вала в его конфигурации объясняется различными причинами.

Центровые отверстия - отверстия или сверления в торцах валов, предназначенные для установки вала в центрах токарного станка при обточке,  а  также  для  подвешивания  вала с помощью  резьбового центрового отверстия в транспортирующем приспособлении для нагревания и последующей закалки в закалочных ваннах. Формы и размеры центровых отверстий по ГОСТ 14034-74 приведены в таблице 3.

Конусности и конусы - участки валов, имеющие форму усеченных конусов, предназначенные для соединения вала с деталями (колёсами, шкивами), имеющими конические отверстия и места для насаживания инструментов на валах, выполняющих функции шпинделей. Заплечики - цилиндрической формы утолщения вала, назначаются, исходя из требований сборки.

Галтели и радиусы закруглений - криволинейные поверхности плавного перехода от меньшего сечения вала к плоской части заплечика или буртика.

Таблица 1 Формы и размеры центровых отверстий
по ГОСТ 14034-74, мм

	D	d	d1	d2	l	l1
	10	2,0	4,25	-	2,5	1,95
	14	2,5	5,30	-	3,1	2,42
	20	3,15	6,70	-	3,9	3,07
	30	4	8,50	-	5,0	3,90
	60	6,3	13,20	-	8,0	5,98
	100	10	21,20	-	12,8	9,70
L - длина нарезанной части отверстия	12,5	М5	5,3	8	4,5	2,3
	16	М6	6,4	10	5,5	3
	20	М8	8,4	12,5	7	3,5
	25	М10	11	15,6	9	4
	32	М12	13	18	10	4,3
	40	М16	17	22,8	11	5
	63	М20	21	28	12,5	6
Пример обозначения центрового отверстия формы А диаметром d = 4 мм: Отв. центр.  А4 ГОСТ 14034-74 Пример обозначения центрового отверстия формы F с диаметром d = М5: Отв. центр. F M5 ГОСТ 14034-74 Шероховатость посадочных поверхностей центрового отверстия должна быть не более Ra=1,6 мкм; шероховатость поверхности резьбы и предохранительных фасок - не более Ra=12,5 мкм по ГОСТ 2789-73.

Таблица 2 - Нормальные конусности общего назначения

К

1:50

1:30

1:20

1:15

1:12

1:10

1:8

1:7

К

1:5

1:3

1:1,866

1:1,207

1:0,866

1:0,500

1:0,289

2α

30

45

60

90

120

Таблица 3 - Конусы шпинделей с конусностью 7:24, мм

Обозначение конусов	10	15	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75
D	16	19	25	32	38	44	57	70	89	108	133	165	203
d	9,5	11	14	17	21	25	32	40	50	60	75	92	114
l (справочное)	22	27	40	50	57	66	85	104	132	164	200	247	305

Таблица 4 - Заплечики валов, галтели и радиусы закруглений, мм

d	20….40	40…60	60…80	80…100	100…150
h	3…5	5…8	7…9	7…10	8…12
D - d	2…4	4…8	8…12	12…16	16…20
R	1…2	2…3	3…5	4…7	5…8

Таблица 5 - Фаски, мм

	1 ряд	0,6	1,0	1,6	2,5	4,0	6,0	10,0
	2 ряд	0,5	0,8	1,2	2,0	3,0	5,0	8,0

Фаски - скошенные (срезанные) кромки стержня или отверстия. Выполняются для удобства соединения вала с другими деталями. Нормальные размеры фасок приведены в таблице 5.

Места «под ключ» - четырехгранники, шестигранники и двухплоскостные лыски, у которых имеются плоские грани для захвата их гаечными ключами с целью регулировки при сборке вала.

Канавки - кольцевые желобки на стержне или кольцевые выточки в отверстии, технологически необходимые для вывода шлифовального круга при обработке им участков вала. Размеры канавок по ГОСТ 8820-69 даны в таблице 7.

Проточки - кольцевые желобки типа канавок для вывода резьбонарезного или долбёжного инструмента, выполнения технологических операций сборки: установки подшипника до упора в заплечик; навинчивания гайки на полную длину нарезанной части резьбы; перемещения детали на полную длину шлицев. Размеры проточек для метрической резьбы по ГОСТ 10549-2002 приведены в таблице 8, для выхода долбяков - в  таблице 10.

Резьбы - поверхности, образованные при винтовом движении плоского контура по конической или цилиндрической поверхности тел вращения. Назначаются, исходя из требований сборки, выполнения условий обеспечения прочности и передачи движения.

Нормальные диаметры и шаги метрической (ГОСТ 8724-81) и трапецеидальной (ГОСТ 24738-81) резьб приведены в таблицах 9 и 11.

Примеры условных обозначений  метрических резьб:

• М12 - резьба метрическая с крупным шагом;
• М12-6g - резьба метрическая наружная с крупным шагом и требуемой точностью изготовления, где: М - метрическая, 12 - наружный диаметр резьбы, 6g - допуск на изготовление (требуемая точность наружного диаметра);
• М12-6Н - резьба метрическая внутренняя с крупным шагом и требуемой точностью изготовления, где: 6Н - допуск на изготовление (требуемая точность внутреннего диаметра резьбы отверстия);
• М12×1-6g - резьба метрическая наружная с мелким шагом и допуском на изготовление, где 1 - мелкий шаг резьбы;
• М12×1-6Н - резьба метрическая внутренняя с мелким шагом;
• М12×1 LH-6g - резьба метрическая наружная левая с мелким шагом и допуском на изготовление, где LH - левая;
• М12×1 LH-6Н - резьба метрическая внутренняя левая с мелким шагом и допуском на изготовление.

  Далее приведены условные обозначения трапецеидальных резьб:

• Tr 40×6 - резьба трапецеидальная однозаходная, где Tr - трапецеидальная, 40 - диаметр резьбы, 6 - шаг резьбы;
• Tr 80×40 (P10) LH-8e - резьба трапецеидальная многозаходная наружная левая с заданным допуском на изготовление, где 80 - наружный диаметр резьбы, 40 - числовое значение хода, Р10 - числовое значение шага, LH - левая, 8e - допуск на изготовление (требуемая точность для вала);
• Tr 80×40 (P10) LH-8H - резьба трапецеидальная многозаходная внутренняя левая с допуском на изготовление внутреннего диаметра резьбы в отверстии.

Таблица 6 - Номинальные размеры под ключ по ГОСТ 6424-73, мм

Диаметр D	11,3	14,2	17	18,5	19,8	24,2	27	31,2	34	38,3	42,5
Диаметр D1	8,8	10,9	13,1	14,2	15,3	18,7	20,9	24,3	26,5	29,9	33,3
Размер под ключ S	8	10	12	13	14	17	19	22	24	27	30
Диаметр D	45,4	51	58,2	65	71	78	85	92,1	99	106	113
Диаметр D1	35	39,6	45,2	50,9	55,4	60,8	66,4	72,1	77,7	83,4	92,4
Размер под ключ S	32	36	41	46	50	55	60	65	70	75	80

ГОСТ 6424-73 предусматривает номинальные размеры под ключ 2,5…225 мм

Таблица 7 - Канавки для выхода шлифовального круга, мм

	d	d1	b	R
	До 10	d - 0,3	1…1,6	0,3…0,5
	10…50	d - 0,5	2…3	0,5…1,0
	До 100	d - 1	5	1,6
	Св. 100	d - 1	8…10	2…3

Таблица 8 - Проточки для метрической резьбы типа I узкие, мм

d	Шаг, P	Резьба наружная			R	Резьба внутренняя			с
		df	f1	f2		df	f1	f2
6	1	d-1,5	2,0	2,75	0,5	d+0,5	2,0	2,25	1,0
8	1,25	d-1,8	2,5	3,4	1,0	d+0,5	3,0	3,25	1,6
10	1,5	d-2,2	2,5	3,6	1,0	d+0,7	3,0	3,35
12	1,75	d-2,5	2,5	3,75	1,0	d+0,7	4,0	4,35
14,16	2	d-3,0	3,0	4,5	1,0	d+1,0	4,0	4,5	2,0
18,20,22	2,5	d-3,5	4,0	5,75	1,0	d+1,0	5,0	5,5	2,5
24, 27	3	d-4,5	4,0	6,25	1,0	d+1,2	6,0	6,6
30, 33	3,5	d-5,0	5,0	7,5	1,5	d+1,2	7,0	7,6
36, 39	4	d-6,0	5,0	8,0	1,5	d+1,5	8,0	8,75	3,0
42, 45	4,5	d-6,5	6,0	9,25	1,5	d+1,5	10,0	10,75
48, 52	5	d-7,0	6,0	9,5	1,5	d+1,8	10,0	10,9	4,0
56, 60	5,5	d-8,0	8,0	12,0	2,0	d+1,8	12,0	12,9
64, 68	6	d-9,0	8,0	12,5	2,0	d+2,0	12,0	13,0
80	8	d-10	10,0	15,0	3,0	d+2,0	14,0	15,0	4,5

Таблица 9 - Диаметры и шаги трапецеидальной резьбы, мм

Диаметр резьбы d	24	28	32	36	40	42	44	46	48	50	52	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100	110
Шаг резьбы р	3, 5, 8		3, 6, 10		3, 7, 10		3, 7, 12	3, 8, 12				3, 9, 14		4, 10, 16				4, 12, 18			4, 12, 20

Таблица 10 - Канавки для выхода долбяков, мм

Ширина шлицевого венца в	А, не менее	а, не менее	r, не менее
До 10	1,0	0,25	0,2
Свыше 10 до 15	1,5
Свыше 15 до 20	2,0
Свыше 20 до 25	2,5
Свыше 35 до 40	3,0	1,0	1,0
Свыше 40 до 45	3,5
Свыше 45 до 50	4,0
Свыше 50 до 55	4,5	1,0	1,0
Свыше 55 до 60	5,0
Свыше 65 до 70	5,5
Свыше 75 до 80	6,0
Свыше 80 до 90	7,0	1,6	1,6
Свыше 90 до 100	8,0
Свыше 100 до 120	9,0

Таблица 11 - Номинальные диаметры и шаги метрической резьбы, мм

d	Шаг р
	крупный	мелкий
		0,5	0,75	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0
6	1,0	×	×
8	1,25	×	×	×
10	1,5	×	×	×
12	1,75	×	×	×	×
14 16	2	×	×	×	×
18 20 22	2,5	×	×	×	×	×
24	3,0	×	×	×	×	×
30	3,5		×	×	×	×
36	4,0			×	×	×	×
42	4,5			×	×	×	×
48	5,0			×	×	×	×
64	6,0			×	×	×	×	×
80	8,0			×	×	×	×	×
120	12,0					×	×	×	×

Шлицы - пазы (канавки),  выполненные на валу или в отверстии, направленные параллельно их оси. В поперечном сечении шлицы могут иметь различную форму: прямоугольную,  треугольную, очерченную по эвольвентам. Назначаются шлицы для обеспечения точного центрирования вала и насаженной на него детали с возможностью их возвратно-поступательного перемещения и передачи больших крутящих моментов.

Нормальные размеры шлицев прямобочного профиля по ГОСТ 1139-80 приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Размеры соединений шлицевых прямобочных, мм

Серия	Номинальный размер z × d × D	b	c	r	l1
1	2	3	4	5	6
Лёгкая	6 × 26 × 30	6	0,3	0,2	7,5
	8 × 36 × 40	7	0,4	0,3	8,7
	8 × 52 × 58	10	0,5	0,5	12,7
	10 × 72 × 78	12			15
	10 × 112 × 120	18			21,6
Средняя	6 × 16 × 20	4	0,3	0,2	6
	6 × 23 × 28	6	0,4	0,3	7,9
	8 × 32 × 38	6			10,4
	8 × 42 × 48	8			11,6
	8 × 56 × 65	10	0,5	0,5	16,5
	10 × 82 × 92	12			20,8
	10 × 92 × 102	14			22
Тяжёлая	10 × 21 × 26	3	0,3	0,2	7,7
	10 × 42 × 52	6	0,4	0,3	15,3
	10 × 46 × 56	7	0,5	0,5	16
	16 × 52 × 60	5			15
	16 × 72 × 82	7			19,6
	20 × 102 × 115	8			26,6
	20 × 112 × 125	9			27,8
Примечания: 1. На чертеже вала Dфр - диаметр фрезы, используемой для нарезания шлицев, не указывают (Dфр ≈ D). 2. Диаметр фаски d1 принимают: для вала d1 = d - (1 … 3), мм,                                                         для отверстия d1 = D + (1 … 3), мм. 3. Угол фаски β = 15 … 30°. 4. l - длина нарезанной части.

Условное   обозначение   прямобочного  шлицевого вала с числом зубьев z = 8, внутренним диаметром d = 36 мм, наружным диаметром D = 40 мм, шириной зуба b = 7 мм:

а) при центрировании по внутреннему диаметру:

d - 8 × 36 × 40 × 7  или d - 8 × 36e8 × 40a11 × 7f8;

б) при центрировании по наружному диаметру:

D- 8 × 36 × 40 × 7  или D- 8 × 36e8 × 40a11 × 7f8;

Условное обозначение отверстия втулки того же соединения:

а) при центрировании по внутреннему диаметру:

d - 8 × 36H7 × 40H12 × 7D9;

б) при центрировании по наружному диаметру H7:

D- 8 × 36H12 × 40H7 × 7D9;

Шпоночные пазы - канавки, выполненные на валу или в отверстии и расположенные параллельно их оси. В шпоночный паз вставляется шпонка, имеющая форму призмы или сегмента. Шпонки служат для передачи крутящего момента между валом и насаженной на него деталью. Нормальные размеры шпоночных пазов, увязанные с размерами шпонок, приведены в таблицах 13, 14 (ГОСТ 23360-76 и ГОСТ 24071-97). Там же выбираются размеры соединения винтового, при помощи которого производят крепление шпонок на валу (ГОСТ 8790-79).

Таблица 13 - Сегментные шпонки и сечения пазов, мм

Диаметр вала D	Размеры шпонки b × h × d	b	t1	t2	r
Св. 10…12	3×6,5×16	3,0	5,3	1,4	0,08…0,16
Св. 14…16	5×6,5×16	5,0	4,5	2,3	0,16…0,25
Св. 18…20	5×7,5×19	5,0	5,5	2,3	0,25…0,40
Св. 22…25	6×9×22	6,0	6,5	2,8
Св. 25…28	6×10×25	6,0	7,5	2,8
Св.28…32	8×11×28	8,0	8,0	3,3
Св. 32…38	10×13×32	10,0	10,0	3,3

Таблица 14 - Призматические шпонки и сечения пазов, мм

Размеры винтов	Диаметр вала d	Размеры сечения шпонки			Глубина паза		Длина шпонок l	r
		b	h	h1	t1	t2
	Св.12…17	5	5	2,5	3	2,3	10…56	0,16…0,25
	Св.17…22	6	6		3,5	2,8	14…70
М3×8	Св.22…30	8	7		4	-	18…90
М3×10	Св.30…38	10	8		5	3,3	22…110	0,25…0,40
М4×10	Св.38…44	12		3,2			28…140
	Св.44…50	14	9	4	5,5	3,8	36…160
М5×12	Св.50…58	16	10	4,5	6	4,3	45…180
	Св.58…65	18	11		7	4,4	50…200
	Св.65…75	20	12		7,5	4,9	56…220	0,4…0,6
М6×14	Св.75…85	22	14	5,5	9	5,4	63…250
	Св.85…95	25				6,4	70…280
	Св.95…110	28	16		10		80…320

Цилиндрические участки под подшипники - участки вала, на которых осуществляется посадка вала в подшипники. Последние служат в качестве опоры вала в конструкциях механизмов. Посадочные места вала (цилиндрические участки) отличаются более качественной обработкой с целью повышения твёрдости. Размеры участков под подшипники, увязанные с размерами подшипников, даны в таблице 15 (ГОСТ 8338-75).

Таблица 15 - Размеры подшипников шариковых однорядных
радиальных (по ГОСТ 8338-75), мм

Обозначение	d	D	b	r
Особолёгкая серия
104	20	42	12	1,0
111	55	90	18	2,0
116	80	125	22	2,0
117	85	130	22	2,0
118	90	140	24	2,5
120	100	150	24	2,5
Лёгкая серия
205	25	52	15	1,5
206	30	62	16	1,5
208	40	80	18	2,0
213	65	120	23	2,5
214	70	125	24	2,5
215	75	130	25	2,5
224	120	215	40	3,5
Средняя серия
305	25	62	17	2,0
309	45	100	25	2,5
311	55	120	29	3,0
315	75	160	37	3,5
317	85	180	41	4,0
320	100	215	47	4,0
322	110	240	50	4,0
330	150	240	65	5,0
Тяжёлая серия
407	35	100	25	2,5
410	50	130	31	3,5
412	60	150	35	3,5
414	70	180	42	4,0
416	80	200	48	4,0
417	85	210	52	5,0

Размеры заплечиков, конусов, резьб, шлицев, шпонок и посадочных мест под подшипники назначаются по результатам конструкторских расчетов.

Для чертежа выбирается формат бумаги А3. Детали, имеющие цилиндрическую форму, в том числе валы, предпочтительно располагать на чертеже в горизонтальном положении, то есть в таком, которое они занимают во время их обработки в центрах токарных станков или, в большинстве случаев, в котором они работают в механизмах станков. Линейные размеры (в том числе диаметры) выбирают из ряда нормальных по ГОСТ 6636-69 (таблица 16).

Таблица 16 - Нормальные линейные размеры (диаметры, длины, высоты и др.) по ГОСТ 6636-69, мм

Ряды				Дополни- тельные размеры	Ряды				Дополни- тельные размеры	Ряды				Дополни- тельные размеры
Ra 5	Ra10	Ra 20	Ra 40		Ra 5	Ra10	Ra20	Ra 40		Ra 5	Ra10	Ra 20	Ra 40
1,0	1,0	1,0	1,0 1,05	1,25 1,35 1,45 1,55 1,65 1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,30       2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1 4,4 4,6 4,9 5,2 5,5 5,8	6,3	6,3	6,3	6,3 6,7	6,2 6,5 7,0 7,3 7,8 8,2 8,8 9,2 9,8 10,2 10,8 11,2 11,8 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5 23,0   27 29 31 33 35 37 39	40	40	40	40 42	41 44 46 49 52 55 58 62 65 70 73 78 82 88 92 98 102 108 112 115 118 135 145 155 165 175 185 195 205 215 230
		1,1	1,1 1,15				7,1	7,1 7,5				45	45 48
	1,2	1,2	1,2 1,3			8,0	8,0	8,0 8,5			50	50	50 53
		1,4	1,4 1,5				9,0	9,0 9,5				56	56 60
1,6	1,6	1,6	1,6 1,7		10	10	10	10 10,5		63	63	63	63 67
		1,8	1,8 1,9				11	11 11,5				71	71 75
	2,0	2,0	2,0 2,1			12	12	12 13			80	80	80 85
		2,2	2,2 2,4				14	14 15				90	90 95
2,5	2,5	2,5	2,5 2,6		16	16	16	16 17		100	100	100	100 105
		2,8	2,8 3,0				18	18 19				110	110 120
	3,2	3,2	3,2 3,4			20	20	20 21			125	125	125 130
		3,6	3,6 3,8				22	22 24				140	140 150
4,0	4,0	4,0	4,0 4,2		25	25	25	25 26		160	160	160	160 170
		4,5	4,5 4,8				28	28 30				180	180 190
	5,0	5,0	5,0 5,3			32	32	32 34			200	200	200 210
		5,6	5,6 6,0				36	36 38				220	220 240
При выборе размеров предпочтение должно отдаваться рядам с более крупной градацией (ряд Ra 5 следует предпочитать ряду Ra 10  и т.д.). Дополнительные размеры допускается применять лишь в отдельных, технически обоснованных случаях.

По наибольшим линейным размерам длины вала и диаметра выбирают масштаб изображения.

Вдоль осевой линии намечают ориентировочно положение участков вала. Используются длины участков, оговоренные в задании. Оставляют места для выносных изображений. Намечают те диаметры, которые или заданы, или могут быть легко определены из таблиц. Например, диаметры резьб, диаметр внутреннего кольца подшипника, равный диаметру цилиндрической части вала под подшипник, размеры «под ключ», диаметры под шпонки и др.

Каждый участок очерчивают тонкими линиями как прямоугольник. После этого прочерчивают такие элементы, как конусности, шпоночные пазы, резьбовые участки. При этом если конусность выходит на какой-то цилиндрический участок известного или легко определяемого диаметра, то его принимают за один из диаметров при изображении этой конусности. При известной длине конуса легко определить другой диаметр. Таким образом, при известных каких-либо двух из необходимых трех размеров конуса третий  определяют расчётом.

Следующими изображают выносные элементы, центровые отверстия, шпоночные пазы, шлицы, проточки и канавки, участки «под ключ».

Возвращаясь к изображению вала, прочерчивают  на нем все элементы, в том числе тонкими и штриховыми линиями.

Прорисовывают выносные и размерные линии, проставляют размеры, вносят все необходимые обозначения сечений, разрезов, масштабов выносных изображений, видов и др.

Размер и форму элементов вала выбирают из таблиц и сопровождающих эти таблицы рисунков.

Размеры высоты заплечика определяют по известному или найденному меньшему диаметру вала по таблице 4. По той же таблице определяют радиусы галтелей или закруглений по разности сопрягаемых диаметров вала.

Размеры фасок, если они не заданы, находят по таблице 5 из первого (предпочтительного) ряда.

На чертеже вала проставляют требования к термической обработке. Например, вследствие закалки нужно обеспечить заданную твёрдость. Твёрдость обозначается буквами НRС_э и цифрами. Участок вала, на котором следует обеспечить эту твёрдость при его изготовлении, выделяют утолщёнными штрих-пунктирными линиями, параллельными образующим поверхности вала.

В правом верхнем углу чертежа проставляют знак требования качества обработки поверхностей вала, отличного от указанных на поле чертежа. В представленных заданиях будет изображаться условно один из знаков качества, например Rа 12,5. Материал вала  указывают в основной надписи. Примеры назначаемых материалов и их условные обозначения приведены в  таблице 17.

Таблица 17 - Примеры назначаемых материалов валов

Сталь углеродистая обыкновенного качества по ГОСТ 380-94
Ст 0	Ст 1	Ст 2	Ст 3	Ст 4	Ст 5	Ст 6
Сталь качественная конструкционная по ГОСТ 1050-88
Сталь 10	Сталь 20	Сталь 30	Сталь 40	Сталь 45	Сталь 50	Сталь 60Г
Сталь легированная конструкционная по ГОСТ 4543-71
Сталь 20Х	Сталь 38ХА	Сталь 40Х	Сталь 50Х	Сталь 20ХН	Сталь 40ХН	Сталь 45ХН
Условные обозначения материалов валов на чертеже: Ст 3 ГОСТ 380-94, Сталь 50 ГОСТ 1050-88, Сталь 40Х ГОСТ 4543-71

В основной надписи указывают индекс чертежа согласно следующей структуре: вначале  марка станка, например: ЦМР-2, потом индекс сборочного чер­тежа механизма станка, например: механизм подачи станка ЦМР-2.03; индекс сборочного чертежа «Вал приводной в сборе» механизма подачи - ЦМР-2.03.02; и, наконец, индекс рабочего чертежа «Вал приводной» - ЦМР-2.03.02.15, где 15 - порядковый номер вала на сборочном чертеже.