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

228 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

45135. Geography and Economy of Great Britain 16.75 KB
  They lie to the west of the continent of Europe. The lrger of the two big islnds is known s Gret Britin. The smller Islnd is Irelnd with Northern Irelnd nd Irish Republic.
45136. Просвещенный абсолютизм Екатерины II 20.12 KB
  Время царствования Екатерины II называют эпохой просвещенного абсолютизма. Основы просвещённого абсолютизма: человек есть самое ценное на земле и его свобода важнее интересов государства; все люди равны в своих человеческих правах невзирая на сословные различия; общество нуждается в совершенствовании и важнейшую роль должны сыграть в этом наука просвещение законотворчество. Время царствования Екатерины II называют эпохой просвещенного абсолютизма . Смысл просвещенного абсолютизма состоит в политике следования идеям Просвещения...
45137. Государственное правление при Павле I 37 KB
  Екатерина придя к власти не приблизила Павла к себе поскольку не испытывала к сыну особой любви и видела в нем претендента на власть. Недоброжелательное отношение со стороны матери и ее приближенных повлияло на характер Павла. Вспыльчивость часто приводили Павла к непредсказуемым поступкам жестокость и деспотизм сочетались в нем с обостренным чувством справедливости. Очень важным для него было понятие чести в духе средневекового рыцарства во многом именно с этим в годы правления Павла были связаны курьезные указы касающиеся этикета.
45138. Александр I 116.5 KB
  В целом деятельность Комитета разделялась на три направления: важные межведомственные вопросы государственного управления; одиозные вопросы которые формально находились в пределах ведения одного министерства но за которых министры не хотели брать на себя персональную ответственность и стремились переложить её на коллегию; мелочные вопросы список которых сформировался достаточно случайным образом прежде всего в результате уклонения отдельных министерств от принятия на себя решения данных задач; данная группа вопросов всегда была...
45139. Институты и механизмы власти в период правления Николая первого 20.51 KB
  Второе отделение было образовано с целью приведения в порядок российского законодательства систематизации законов Российской империи. со времени Уложения а затем из этого огромного собрания законодательного материала составил систематический свод действующих в стране законов. Такой способ работы был указан самим императором не желавшим сочинения новых законов. Отпечатали два издания: Полное Собрание Законов Российской Империи и Свод Законов Российской Империи.
45140. Реформы государственного управления при Александре II 6.43 KB
  Реформа муниципального управления при Александре II Земская реформа После крестьянского Положения в ряду административных реформ одно из важнейших мест занимает без всякого сомнения Положение о губернских и уездных земских учреждениях которое было издано 1 января 1864 года. Городская реформа 16 июня 1870 года было издано Городовое положение по которому в 509 из 1130 городах вводилось выборное самоуправление городские думы избираемые на четыре года. Военная и судебная реформы при Александре II Судебная реформа В числе реформ одно из...
45141. Политическая модель Александра 3. Внутренняя и внешняя политика Александра III Миротворца. Период лавирования 14.18 KB
  Политическая модель Александра 3 Внутренняя и внешняя политика Александра III Миротворца Период лавирования Есть мнение что в 18791881 годах в России сложилась революционная ситуация. народовольцами Александра II коренным образом повлияло на дальнейшую внутреннюю политику самодержавия. Приход к власти Александра обозначил новый поворот от либерального реформизма к реакции. Александр III считавший реформы Александра II слишком либеральными начал эпоху контрреформ.
45142. Политическая модель Александра III 13.58 KB
  Политическая модель Александра III. Период лавирования:Приход к власти Александра обозначил новый поворот от либерального реформизма к реакции.Александр III считавший реформы Александра II слишком либеральными начал эпоху контрреформ. Внешняя политика Александра III Миротворца В области внешней политики период царствования Александра III характеризуется почти полным отсутствием войн: только небольшие боевые действия в Туркмении на этом завершилось присоединение Средней Азии к России.
45143. Национальный вопрос в государственном управлении России 19- начале 20 вв 13.87 KB
  Национальный вопрос в государственном управлении России 19 начале 20 вв. На окраинах России под влиянием развития капитализма формировались национальная буржуазия и интеллигенция происходил рост национального самосознания. Хищническая эксплуатация окраин бедность и бесправие живущих там народов вызывали массовую эмиграцию из России и развитие национального движения. В целом для внутриполитической системы России в начале XX в.