6142

Валы и оси. Общие сведения

Научная статья

Производство и промышленные технологии

Валы и оси. Общие сведения Вал - деталь машин, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валы поддерживают вращающиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и др.). Некоторы...

Русский

2012-12-29

51.5 KB

208 чел.

Валы и оси. Общие сведения

Вал — деталь машин, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валы поддерживают вращающиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и др.). Некоторые валы (например, гибкие, карданные, торсионные) не поддерживают вращающиеся детали. Валы машин, которые кроме деталей передач несут рабочие органы машины, называются коренными. Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем. Вал, распределяющий механическую энергию по отдельным рабочим машинам, называется трансмиссионным. В отдельных случаях валы изготовляют как одно целое с цилиндрической или конической шестерней (вал—шестерня) или с червяком (вал — червяк).

По форме геометрической оси валы бывают прямые, коленчатые и гибкие (с изменяемой формой оси). Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения. На рисунке показаны гладкий (а) и ступенчатый (б) прямые валы. Ступенчатые валы, являются наиболее распространенными. Для уменьшения массы или для размещения внутри других деталей валы иногда делают с каналом по оси; в отличие от сплошных такие валы называют полыми.

Ось — деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент. Оси бывают вращающиеся (а) и неподвижные (б). Вращающаяся ось устанавливается в подшипниках. Примером вращающихся осей могут служить оси железнодорожного подвижного состава, примером невращающихся – оси передних колес автомобиля.

Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации кручения или изгиба и кручения, а оси — только деформацию изгиба (возникающими в отдельных случаях деформациями растяжения и сжатия чаще всего пренебрегают).

Конструктивные элементы валов и осей

Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная — шейкой. Концевая цапфа, предназначенная нести преимущественную осевую нагрузку, называется пятой. Шипы и шейки вала опираются на подшипники, опорной частью для пяты является подпятник. По форме цапфы могут быть цилиндрическими,  коническими,  шаровыми  и  плоскими  (пяты).

Кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечиком.

Для уменьшения концентрации напряжений и повышения прочности переходы в местах изменения диаметра вала или оси делают плавными. Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью. Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Галтель вала, углубленную за плоскую часть заплечика, называют поднутрением.

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок, т. е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки, и технологией изготовления. Переходные участки валов между соседними ступенями разных диаметров нередко выполняют с полукруглой канавкой для выхода шлифовального круга.

Посадочные концы валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах и приборах, стандартизованы. ГОСТ 12080—66* устанавливает номинальные размеры цилиндрических концов валов двух исполнений (длинные и короткие) диаметров от 0,8 до 630 мм, а также рекомендуемые размеры концов валов с резьбой. ГОСТ 12081—72* устанавливает основные размеры конических концов валов с конусностью 1:10 также двух исполнений (длинные и короткие) и двух типов (с наружной и внутренней резьбой) диаметров от 3 до 630 мм.

Материалы валов и осей. Требованиям работоспособности валов и осей наиболее полно удовлетворяют углеродистые и легированные стали, а в ряде случаев — высокопрочные чугуны. Выбор материала, термической и химико-термической обработки определяется конструкцией вала и опор, техническими условиями на изделие и условиями его эксплуатации.

Для большинства валов применяют термически обработанные стали 45 и 40Х, а для ответственных конструкций — сталь 40ХН, ЗОХГТ и др. Валы из этих сталей подвергают улучшению или поверхностной закалке ТВЧ.

Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому их изготовляют из цементируемых сталей 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей типа 38Х2МЮА и др. Наибольшую износостойкость имеют хромированные валы.

Обычно валы подвергают токарной обработке с последующим шлифованием посадочных поверхностей и цапф. Иногда посадочные поверхности и галтели полируют или упрочняют поверхностным наклепом (обработка шариками или роликами).

Расчет  валов  и  осей

При работе валы и вращающиеся оси даже при постоянной внешней нагрузке испытывают знакопеременные напряжения изгиба симметричного цикла, следовательно, возможно усталостное разрушение валов и вращающихся осей. Чрезмерная деформация валов может нарушить нормальную работу зубчатых колес и подшипников, следовательно, основными критериями работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жесткость. Практика показывает, что разрушение валов быстроходных машин обычно происходит в результате усталости материала.

Для окончательного расчета вала необходимо знать его конструкцию, тип и расположение опор, места приложения внешних нагрузок. Вместе с тем подбор подшипников можно осуществить только когда известен диаметр вала. Поэтому расчет валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный) (второй этап рассматривать не будем).

Предварительный расчет валов. Проектный расчет производится только на кручение, причем для компенсации напряжений изгиба и других неучтенных факторов принимают значительно пониженные значения допускаемых напряжений кручения, например для выходных участков валов редукторов =(0,025...0,03), где  — временное сопротивление материала вала. Тогда диаметр вала определится из условия прочности

,

откуда

.

Полученное значение диаметра округляется до ближайшего стандартного размера согласно ГОСТ 6636—69* «Нормальные линейные размеры», устанавливающего четыре ряда основных и ряд дополнительных размеров; последние допускается применять лишь в обоснованных случаях.

При проектировании редукторов диаметр выходного конца ведущего вала можно принять равным диаметру вала электродвигателя, с которым вал редуктора будет соединен муфтой.

После установления диаметра выходного конца вала назначается диаметр цапф вала (несколько больше диаметра выходного конца) и производится подбор подшипников. Диаметр посадочных поверхностей валов под ступицы насаживаемых деталей для удобства сборки принимают больше диаметров соседних участков. В результате этого ступенчатый вал по форме оказывается близок к брусу равного сопротивления.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44372. Анализ характеристик микромеханического гироскопа в режиме автоколебания 7.18 MB
  Перечень принятых обозначений и сокращений АД – амплитудный детектор АМ – амплитудная модуляция АФХ – амплитуднофазовая характеристика АХ – амплитудная характеристика АЦП – аналогоцифровой преобразователь ВМ – временная модуляция ДП – датчик положения ДПИ – датчик первичной информации ДС – датчик силы ИМ – инерционная масса К – компаратор Кл ключ КП – компенсирующий преобразователь МК микроконтроллер ММГ –...
44373. Аналіз діяльності ресторанного підприємства ТОВ Фантастік Інтернейшнл на прикладі Ресторану «Гімалаї» 143.67 KB
  Під час проходження практики я дізналася про різноманітні аспекти ресторанного господарства. Я отримала повну інформацію про правила здійснення торговельної діяльності, особливості національної кухні Індії, обслуговування населення в індійському стилі, порядок розрахунку зі споживачами. Загалом можу сказати, що робота в ресторані «Гімалаї» відображає сучасний рівень обслуговуваня населення в ресторанах України.
44374. Проектирование и разработка сайта интернет-представительства ООО «ХХХ» 1.98 MB
  Компании разрабатывают новые средства контакта со своими потенциальными потребителями и стараются размещать свои рекламные сообщения там где их аудитория проводит большую часть своего времени: на отраслевых развлекательных и новостных порталах в блогах и социальных сетях. Dremwever программный продукт от компании dobe. Кроме того разработчики компании dobe обновили движок WebKit улучшив поддержку видео и аудио На сегодняшний момент последней версией является Dremwever CS5. MySQL является собственностью компании Orcle Corportion...
44375. Особенности кредитной политики Сбербанка России по обслуживанию физических лиц 1.07 MB
  В связи с этим тщательный отбор заемщиков анализ условий выдачи кредита постоянный контроль за финансовым состоянием заемщика за способностью погасить кредит являются одной из основополагающих составляющих финансового благополучия банка. Первая часть работы посвящена теоретическим аспектам кредитования физических лиц в коммерческих банках а именно функциям роли сущности и видам кредита. В этой части дана общая характеристика экономической деятельности Сберегательного банка как старейшего и неоднократно подтвердившего репутацию самого...
44376. Обществознание. Процессы общественного строя 309.15 KB
  Природа – естественная среда обитания общества во всем бесконечном разнообразии своих проявлений, обладающая своими, не зависящими от воли и желаний человека, законами. Общество – обособившаяся от природы, но тесно связанная с ней часть материального мира, которая состоит из индивидуумов, обладающих волей и сознанием, и включает в себя способы взаимодействия людей и формы их объединения.
44377. ТЕОРІЯ АРХІТЕКТУРИ. Л.М. Бармашина 9.17 MB
  Викладено основні теоретичні аспекти архітектурної композиції. Розглянуто наступні групи питань: конструктивні системи несучих та інших конструкцій, зокрема стійково-балкова, склепінна, консольна та інші тектонічні системи, а також особливості тектоніки різних просторових конструкцій; теорія кольору в архітектурній композиції, просторові та психологічні властивості кольорів, колірна композиція, кольорове вирішення міської забудови, композиційні властивості архітектурного простору.
44378. Совершенствование механизма возмещения НДС по экспортным операциям на предприятии ООО «Яснополянская фабрика тары и упаковки» 664 KB
  На практике почти невозможно выделить добавленную стоимость в общей стоимости продукции (работ, услуг), поэтому для упрощения расчетов за объект обложения налогом на добавленную стоимость принимается не добавленная стоимость, а весь оборот по реализации, включая стоимость списанных на издержки производства и обращения материальных затрат (без учета уплаченного за них НДС)