Оглавление
Область применения
На какие изделия распространяется стандарт, а на какие — нет.
ГОСТ 12080-66 распространяется на цилиндрические концы валов диаметром от 0,8 до 630 мм, предназначенные для посадки деталей, передающих крутящий момент в машинах, механизмах и приборах.
Стандарт не распространяется на тяговые и автотракторные электрические машины. Значения допускаемых крутящих моментов (п.15 и 17) также не распространяются на:
- вращающиеся электрические машины;
- двигатели внутреннего сгорания;
- судовые валопроводы;
- органы управления.
Стандарт соответствует рекомендации ИСО Р775 в части основных размеров, СТ СЭВ 537-77 в части размеров и допускаемых моментов, а также Публикации МЭК 72 1971 г. для вращающихся электрических машин.
Какой ГОСТ регулирует цилиндрические концы валов?
ГОСТ 12080-66 — профильный документ для цилиндрических концов валов. Он устанавливает размеры, исполнения, допуски, шпоночные соединения и допускаемые крутящие моменты для валов диаметром 0,8–630 мм.
Исполнения: длинные и короткие
В чём разница между исполнением 1 и исполнением 2 и когда выбирать каждое.
По ГОСТ предусмотрены два исполнения концов валов:
- Исполнение 1 — длинные концы валов, обеспечивающие большую посадочную длину и более устойчивую передачу момента.
- Исполнение 2 — короткие концы валов, применяемые там, где важна компактность.
Сравнение исполнений
| Параметр | Исполнение 1 (длинное) | Исполнение 2 (короткое) |
|---|---|---|
| Посадочная длина | Больше | Меньше |
| Передача момента | Выше устойчивость соединения | Для менее нагруженных узлов |
| Пример: d = 25 мм | l = 60 мм | l = 42 мм |
| Пример: d = 80 мм | l = 170 мм | l = 130 мм |
| Пример: d = 100 мм | l = 210 мм | l = 165 мм |
| Шпонки (d до 30 мм) | Сегментные, призматические обыкн. | Призматические обыкновенные |
| Шпонки (d свыше 30 мм) | Призматические, тангенциальные норм. | Призматические высокие, тангенц. усил. |
| Когда применяется | Стандартный выбор для большинства приводов | Компактные узлы, стеснённые габариты |
Для малонагруженных передач (кроме концов валов электрических машин) допускается уменьшение длины конца вала в пределах двух диапазонов длин выше фактического. Например, для d = 100 мм наряду с длинами 210 и 165 мм допускается применение длин 140 и 105 мм.
Что выбрать: длинное или короткое исполнение?
Длинное исполнение (1) — стандартный выбор для большинства приводных узлов, обеспечивающий надёжную передачу момента. Короткое исполнение (2) выбирают при ограниченных осевых габаритах конструкции.
Можно ли уменьшить длину конца вала?
Да, ГОСТ допускает уменьшение длины для малонагруженных передач в пределах двух диапазонов, а для электрических машин без промежуточных элементов — увеличение длины длинного исполнения в пределах двух диапазонов.
Основные размеры и ряды диаметров
Диаметры, длины, ряды — что берём из таблицы ГОСТ и чего избегаем.
Номинальные размеры концов валов установлены в Таблице 1 ГОСТ. Диаметры сгруппированы в два ряда:
- 1-й ряд — предпочтительный. Охватывает наиболее распространённые размеры.
- 2-й ряд — применяется, когда это конструктивно обосновано.
- Диаметры в скобках применять не рекомендуется.
Таблица основных размеров (выборка из ГОСТ 12080-66, Табл. 1)
| Диаметр d, мм | Длина l, мм | Фаска c, мм | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 1-й ряд | 2-й ряд | Исп. 1 | Исп. 2 | Исп. 1 | Исп. 2 |
| 12 | — | 30 | 25 | 1,0 | 0,6 |
| 16 | — | 40 | 28 | 1,6 | 1,0 |
| 20 | — | 50 | 36 | 1,6 | 1,0 |
| 25 | — | 60 | 42 | 2,0 | 1,6 |
| 28 | — | 80 | 58 | 2,0 | 1,6 |
| 32 | — | 80 | 58 | 2,0 | 1,6 |
| 40 | — | 110 | 82 | 2,5 | 2,0 |
| 50 | — | 110 | 82 | 2,5 | 2,0 |
| 60 | — | 140 | 105 | 3,0 | 2,5 |
| 70 | — | 140 | 105 | 3,0 | 2,5 |
| 80 | — | 170 | 130 | 3,0 | 2,5 |
| 100 | — | 210 | 165 | 4,0 | 3,0 |
| 125 | — | 250 | 200 | 4,0 | 3,0 |
| 160 | — | 300 | 240 | 5,0 | 4,0 |
| 200 | — | 350 | 280 | 5,0 | 4,0 |
| 250 | — | 410 | 330 | 6,0 | 5,0 |
| 320 | — | 550 | 450 | 6,0 | 5,0 |
| 400 | — | 650 | 540 | 8,0 | 6,0 |
| 500 | — | 800 | 680 | 10 | 8,0 |
| 630 | — | 800 | 680 | 10 | 8,0 |
Полная таблица размеров (от 0,8 до 630 мм) — в Таблице 1 ГОСТ 12080-66. У основания свободного конца вала допускается технологическая канавка для выхода шлифовального круга по ГОСТ 8820-69.
Какие диаметры цилиндрических концов валов предпочтительны?
Следует предпочитать 1-й ряд диаметров. 2-й ряд применяют, когда это диктуется конструкцией. Диаметры в скобках применять не рекомендуется.
Как связаны диаметр и длина конца вала?
Каждому диаметру соответствуют конкретные длины из таблицы ГОСТ: отдельно для исполнения 1 (длинное) и исполнения 2 (короткое). Произвольно назначать длину нельзя — только из нормированных значений или с допущениями по п.6–7 ГОСТ.
Поля допусков
Какие поля допусков задаёт ГОСТ по диапазонам диаметра и когда допустимы отклонения.
Поля допусков диаметров цилиндрических концов валов по Таблице 2 ГОСТ 12080-66:
| Номинальный диаметр конца вала, мм | Поле допуска (основное) | Допустимые альтернативы |
|---|---|---|
| До 5,8 | По согласованию | Устанавливается между потребителем и разработчиком |
| Свыше 5,8 до 30 | j6 | k6 — по допущению; h6, k6, r6, u7, f9 — для электромашин по согласованию |
| Свыше 30 до 50 | k6 | — |
| Свыше 50 до 630 | m6 | r6 — для диаметров свыше 120 мм по допущению |
Предельные отклонения длины цилиндрической части конца вала — ±IT14/2 по ГОСТ 25346-89.
Для обеспечения гидросъёма полумуфт допускается изготовление конца вала электрических вращающихся машин диаметром свыше 220 мм с двумя или тремя ступеньками.
Какие поля допусков применяются для цилиндрических концов валов?
Для d от 5,8 до 30 мм — j6, от 30 до 50 мм — k6, от 50 до 630 мм — m6. Для малых диаметров до 5,8 мм допуск согласуется между потребителем и разработчиком.
Почему правильный допуск так важен?
От допуска зависит посадка насаживаемой детали: слишком свободная — деталь может проворачиваться, слишком тугая — затрудняет монтаж и демонтаж. Правильный допуск обеспечивает расчётный крутящий момент без зазора и перекоса.
Шпонки и шпоночные пазы
Какие шпонки применяются для каждого исполнения и что ГОСТ требует от пазов.
Шпонки по исполнениям и диаметрам
| Исполнение | Диаметр d | Тип шпонки | ГОСТ на шпонку |
|---|---|---|---|
| Исп. 1 (длинное) | до 14 мм | Сегментные | ГОСТ 24071-80 |
| свыше 12 мм | Призматические обыкновенные | ГОСТ 23360-78 | |
| любой | Тангенциальные нормальные | ГОСТ 24069-80 | |
| Исп. 2 (короткое) | до 30 мм | Призматические обыкновенные | ГОСТ 23360-78 |
| свыше 30 мм | Призматические высокие | ГОСТ 10748-79 | |
| свыше 30 мм | Тангенциальные усиленные | ГОСТ 24070-80 |
Для вращающихся электрических машин размеры призматических шпонок — по ГОСТ 23360-78. Допускается также применение тангенциальных нормальных (ГОСТ 24069-80), сегментных (ГОСТ 24071-80) или исполнение без шпонки.
Требования к шпоночным пазам
- Допуск симметричности шпоночного паза относительно оси конца вала в радиусном выражении — не более двух полей допуска на ширину шпоночного паза.
- Допуск параллельности плоскости симметрии паза относительно оси конца вала — не более половины поля допуска на ширину паза.
Какие шпонки используют на коротких концах валов (исп. 2) при большом диаметре?
Для исполнения 2 при d свыше 30 мм применяют призматические высокие шпонки (ГОСТ 10748-79) или тангенциальные усиленные (ГОСТ 24070-80). Это обусловлено более высокими нагрузками на единицу длины соединения.
Чем грозит нарушение симметричности шпоночного паза?
При превышении допусков симметричности и параллельности шпоночного паза нагрузка распределяется неравномерно по длине шпонки, что снижает передаваемый момент и ресурс соединения.
Допускаемый крутящий момент
Расчётная формула, коэффициент K и выборка из таблицы допускаемых моментов.
Расчётная зависимость (Приложение 2, ГОСТ 12080-66)
где: M — допускаемый крутящий момент, Н·м; d — диаметр конца вала, мм; K — коэффициент (Н/мм²)
Значения коэффициента K по характеру нагрузки и прочности вала
| Предел прочности σв, Н/мм² | Твёрдость НВ | Чистое кручение (a) | Кручение, постоянная нагрузка (a) | + изгиб F до 250 H (b) | + изгиб F св. 250 H (a) | + изгиб F св. 250 H (b) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 500–850 | 145–250 | 8,0 | 5,6 | 4,0 | 2,8 | 2,0 |
| 850–1200 | 250–350 | 11,2 | 8,0 | 5,6 | 4,0 | 2,8 |
| свыше 1200 | свыше 350 | 16,0 | 11,2 | 8,0 | 5,6 | 4,0 |
a — нагрузка постоянной величины и постоянного направления; b — переменная нагрузка (максимум до двукратного значения). Радиальная нагрузка F приложена к середине длины конца вала.
Выборка из таблицы допускаемых моментов (Табл. 3, ГОСТ 12080-66)
| d, мм | K = 2,0 | K = 4,0 | K = 8,0 | K = 11,2 | K = 16,0 | K = 22,4 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 16,0 | 31,5 | 63,0 | 90,0 | 125 | 180 |
| 25 | 31,5 | 63,0 | 125 | 180 | 250 | 355 |
| 40 | 125 | 250 | 500 | 710 | 1 000 | 1 400 |
| 60 | 400 | 800 | 1 600 | 2 240 | 3 150 | 4 500 |
| 80 | 1 000 | 2 000 | 4 000 | 5 600 | 8 000 | 11 200 |
| 100 | 2 000 | 4 000 | 8 000 | 11 200 | 16 000 | 22 400 |
| 125 | 4 000 | 8 000 | 16 000 | 22 400 | 31 500 | 45 000 |
| 160 | 8 000 | 16 000 | 31 500 | 45 000 | 63 000 | 90 000 |
| 200 | 16 000 | 31 500 | 63 000 | 90 000 | 125 000 | 180 000 |
Единицы: Н·м. Полная таблица — в ГОСТ 12080-66, Табл. 3. Значения для d менее 6 мм не регламентируются.
Как рассчитать допускаемый крутящий момент конца вала?
По формуле M = K·d³·10⁻³ (Н·м), где d — диаметр конца вала в мм, K — коэффициент из таблицы ГОСТ, зависящий от прочности материала вала и характера нагрузки. Или напрямую по Таблице 3 стандарта.
Как выбрать коэффициент K?
K выбирают по пределу прочности и твёрдости материала вала, а также по характеру нагрузки: чистое кручение даёт наибольший K, кручение с изгибом от радиальной нагрузки — наименьший. Чем тяжелее режим, тем меньше допускаемый момент.
Конец вала с резьбой (Приложение 1)
Когда нужна резьба на конце вала и какие размеры установлены стандартом.
Приложение 1 ГОСТ 12080-66 содержит основные размеры цилиндрических концов валов с резьбовым концом. Резьбовой конец применяется для осевой фиксации насаживаемой детали гайкой или стопорным элементом.
Резьбы на концах валов — выборка из Приложения 1
| d (диам. вала), мм | l (длина цил. части, исп. 1) | h (длина резьбовой части) | Резьба |
|---|---|---|---|
| 8 | 20 | 12 | M5 |
| 10 | 23 | 15 | M6 |
| 12 | 30 | 18 | M8×1 |
| 16 | 40 | 28 | M10×1,25 |
| 20 | 50 | 36 | M12×1,25 |
| 25 | 60 | 42 | M16×1,5 |
| 30 | 80 | 58 | M20×1,5 |
| 40 | 110 | 82 | M30×2 |
| 50 | 140 | 105 | M42×3 |
| 80 | 170 | 130 | M56×4 |
Поле допуска резьбы: для шага ≤ 0,8 мм — 6g; для шага свыше 0,8 мм — 8g (по ГОСТ 16093-81).
Когда нужен конец вала с резьбой?
Когда насаживаемую деталь (шкив, муфту, колесо) нужно дополнительно зафиксировать в осевом направлении гайкой. Резьбовой конец вала предотвращает осевое смещение детали при переменных и осевых нагрузках.
Алгоритм подбора цилиндрического конца вала
Последовательность шагов для конструктора, снабженца или сервисного инженера.
- Определите функцию узла: какая деталь насаживается на вал — муфта, шкив, зубчатое колесо, вентилятор, рабочее колесо насоса.
- Вычислите расчётный диаметр конца вала по условию прочности. Округлите к ближайшему значению 1-го ряда по ГОСТ.
- Выберите исполнение (1 — длинное, 2 — короткое) исходя из длины ступицы детали и компоновки узла.
- Уточните длину по Таблице 1 ГОСТ. При малонагруженных передачах допускается уменьшение длины в пределах двух диапазонов.
- Проверьте поле допуска по Таблице 2 (j6 / k6 / m6 по диапазону диаметра).
- Выберите тип шпонки по исполнению и диаметру. Проверьте допуск симметричности и параллельности паза.
- Проверьте допускаемый крутящий момент по Таблице 3 или по формуле M = K·d³·10⁻³ с учётом прочности вала и характера нагрузки.
- Если нужна осевая фиксация — предусмотрите резьбовой конец вала по Приложению 1.
С чего начинается подбор цилиндрического конца вала?
С расчётного диаметра по условию прочности с последующим округлением к 1-му ряду диаметров по ГОСТ. Затем определяются исполнение, длина, допуск, шпонка и проверка по моменту.
Можно ли назначить произвольную длину конца вала?
Нет. Длина конца вала принимается строго по таблице ГОСТ для данного диаметра и исполнения. Допускаемые отклонения от этих значений прямо оговорены в п.6 и п.7 стандарта.
Частые ошибки при подборе
Типовые просчёты, которые приводят к неверной посадке, снижению момента или досрочному выходу из строя.
| Ошибка | Последствие | Как избежать |
|---|---|---|
| Ссылка на ГОСТ 520-2011 вместо ГОСТ 12080-66 | Неверный нормативный документ для проектирования | Использовать ГОСТ 12080-66 для цилиндрических концов валов |
| Подбор только по диаметру | Несоответствие длины, шпонки, допуска | Определять комплекс: диаметр + исполнение + длина + допуск + шпонка + момент |
| Выбор диаметров из 2-го ряда или из скобок | Сложности при замене, нестандартная оснастка | Предпочитать 1-й ряд, не применять диаметры в скобках |
| Ошибочное поле допуска | Проворачивание детали или сложный монтаж | Применять j6/k6/m6 по диапазону диаметра согласно Табл. 2 |
| Несоответствие типа шпонки исполнению | Снижение передаваемого момента, смятие шпонки | Выбирать шпонку по таблице ГОСТ в зависимости от исполнения и диаметра |
| Игнорирование характера нагрузки при выборе K | Завышен допускаемый момент, риск разрушения | Определять K по фактическому характеру нагружения (кручение, кручение+изгиб) |
| Применение табличных моментов для ДВС и судовых валов | Несоблюдение требований специальных стандартов | Значения M из п.15 ГОСТ не применяются для ДВС, судовых и электромашин |
Какая ошибка при подборе конца вала встречается чаще всего?
Самая распространённая — подбор только по посадочному диаметру без проверки длины, поля допуска, типа шпонки и допускаемого момента. Второй по частоте — путаница между ГОСТ 12080-66 (концы валов) и ГОСТ 520-2011 (подшипники качения).
Почему нельзя брать коэффициент K максимальным «про запас»?
Большой K соответствует чистому кручению без изгиба и высокопрочному материалу. Если фактическая нагрузка включает изгиб или материал вала имеет меньшую прочность, реальный допускаемый момент окажется ниже расчётного, что приведёт к преждевременному разрушению.
- Комментарии
