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

210 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

37178. Межбюджетные отношения 36.5 KB
  Низкая доля собственных доходов в бюджетах субъектов Федерации и местных бюджетах заметно снижает заинтересованность на местах в наращивании налогового потенциала в своевременном и полном поступлении налогов в бюджетную систему. Межбюджетные трансферты из федерального бюджета бюджетам бюджетной системы Российской Федерации предоставляются в форме: дотаций на выравнивание бюджетной обеспеченности субъектов Российской Федерации; субсидий бюджетам субъектов Российской Федерации; субвенций бюджетам субъектов Российской...
37179. Бюджетный процесс 30 KB
  В соответствии с Бюджетным кодексом правительство России вносит на рассмотрение Государственной Думы проект федерального бюджета на очередной финансовый год не позднее 26 августа. В первом чтении принимаются основные параметры бюджетапроходит в течение 30 дней со дня его внесения в Государственную думу. Рассматривается: прогнозируемый объём доходов в очередной год и плановый период с выделением объёма нефтегазовых доходов; приложения с нормативами распределения доходов между уровнями бюджетной системы; общий объём расходов; ...
37180. Возникновение бюджета 30 KB
  По экономической сущности государственный бюджет это денежные отношения возникающие у государства с юридическими и физическими лицами по поводу распределения национального дохода в связи с образованием и использованием бюджетного фонда предназначенного для финансирования экономики социальнокультурных мероприятий нужд обороны и государственного управления. Благодаря ей можно прогнозировать социальноэкономические последствия бюджетной политики. Бюджет играет важную экономическую социальную и политическую роль в воспроизводственном...
37181. Бюджетное устройство 90.5 KB
  Бюджетная система унитарного государства состоит из двух звеньев – государственного и местных бюджетов. Бюджетная система федеративных госуда рств тр ехзвенная и состоит из федеративного федерального бюджета бюджетов членов субъектов федерации и местных бюджетов. Бюджетный кодекс РФ далее БК РФ даёт следующее определение бюджетной системы: Основанная на экономических отношениях и государственном устройстве РФ регулируемая нормами права совокупность федерального бюджета бюджетов субъектов РФ местных бюджетов и бюджетов государственных...
37182. Право регулирования денежного обращение страны 92.5 KB
  Главными задачами правового регулирования денежного обращения в России являются: обеспечение четкого разделения правовых полномочий и ответственности в сфере денежного обращения между Президентом РФ законодательной и исполнительной властями; поддержание необходимого темпа роста денежной массы в обращении и правильного соотношения между наличным и безналичным денежным обращением с целью стабильного и эффективного функционирования экономики страны; обеспечение законодательной и исполнительной власти правовыми нормами и инструментами...
37183. Денежно – кредитная политика 86 KB
  Согласно комментариям к федеральному закону О Центральном банке Российской Федерации Банка России денежно – кредитная политика определяется как основная часть единой государственной экономической политики проявляющаяся в воздействии на количество денег в обращении с целью достижения стабильности цен обеспечения максимально возможной занятости населения а также роста реального объёма производства. В отличие от первого определения второе подчёркивает возможность влияния денежно – кредитной политики не только на сферу обращения но и...
37184. Современные коммерческие банки 34.5 KB
  Коммерческие банки выступают основным звеном банковской системы. Независимо от формы собственности коммерческие банки являются самостоятельными субъектами экономики. Таким образом коммерческие банки осуществляют должны осуществлять комплексное обслуживание клиентов что отличает их от специальных кредитных организаций небанковского типа выполняющих ограниченный круг финансовых операций и услуг.
37185. Денежная система 44.5 KB
  В зависимости от вида денег деньги как товар выполняющий роль всеобщего эквивалента или деньги как знак стоимости различают денежные системы двух типов:1 система металлического обращения которая базируется на действительных деньгах серебро золото выполняющих все пять функций а образующиеся банкноты беспрепятственно обмениваются на действительные деньги;2 система бумажнокредитного обращения при которой действительные деньги вытесняются знаками стоимости а в обращении находятся бумажные казначейские векселя либо кредитные...
37186. Эми́ссия денег 33.5 KB
  Граница кредита предел допустимая форма. Норма выдачи кредита. Это граница ресурсов кредита т. Границы ресурсов кредита определяются размерами ссуд фонда.