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

250 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

15907. Педагогическая психология 160.61 KB
  История становления педагогической психологии Педагогическая психология развивающаяся наука Педагогическая мысль впервые изложенная в труде Яна Амоса Коменского Великая дидактика в 1657 г. положила начало развитию педагогической теории и целенаправленно...
15908. ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКАЯ КУЛЬТУРА ВОЗРОЖДЕНИЯ 151 KB
  ТЕМА 10. ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКАЯ КУЛЬТУРА ВОЗРОЖДЕНИЯ План: Культура Возрождения: особенности. Новое мировоззрение. Итальянское Возрождение. Периодизация. Северное Возрождение. 4.1. Возрождение в Нидерландах. 4.2. Французский Ренессанс....
15909. Адвокатура и власть 828.5 KB
  И.С. Яртых АДВОКАТУРА и ВЛАСТЬ Под редакцией Заслуженного деятеля науки РСФСР доктора юридических наук профессора Бойкова А.Д. Москва Издательство Юрлитинформ 2003 УДК 347.965 ББК 67.75 Я77 ЯртыхИ.С. Я77 Адвокатура и власть. М.: Издательство Юрл...
15910. Державне будівництво та місцеве самоврядування в Україні 3.28 MB
  МВС України Національний університет внутрішніх справ О.Н. Ярмиш В.О. Серьогін ДЕРЖАВНЕ БУДІВНИЦТВО ТА МІСЦЕВЕ САМОВРЯДУВАННЯ В УКРАЇНІ Допущено МВС України в якості навчального посібника для вищих навчальних закладів ...
15911. Аграрне право України З. Янчук 4.89 MB
  АГРАРНЕ ПРАВО УКРАЇНИ. За редакцiєю в.З. Янчука. Книга Аграрне право України 2е видання перероблене та доповнене українського пiдручника для студентiв вищих юридичних i сiльськогосподарських навчальних закладiв України Рекомендована Мiнiстерством освiти У...
15912. Уголовный процесс Украины 1.03 MB
  МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ УКРАИНЫ УНИВЕРСИТЕТ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ Ю.П.Янович УГОЛОВНЫЙ ПРОЦЕСС УКРАИНЫ Пособие по подготовка к государственному выпускному экзамену ХАРЬКОВ 1998 КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВОПРОСОВ ВЫНОСИМЫХ НА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКЗАМЕ
15913. Реформа уголовно-исполнительной системы современной России 1.15 MB
  АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ МВД РОССИИ ЯЛУНИН ВЛАДИМИР УВЕНАЛИЕВИЧ РЕФОРМА УГОЛОВНОИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ: ПРОБЛЕМЫ ТЕНДЕНЦИИ ПЕРСПЕКТИВЫ Специальность: 12.00.11 Судебная власть; прокурорский надзор; организация правоохранительной деятельн
15914. Правовые аспекты субьективного вменения 272 KB
  Якушин В.А. Шаталова Л.И. Правовые аспекты субъективного вменения Ульяновск 1997 Я 49 Якушин В.А. Шагалова Л.И. Правовые аспекты субъективного вменения. Средневолжский научный центр 1997. 58 с. ISBN 5776900263 В монографии с учетом достижений в области теории г
15915. Ошибка в уголовном праве и ее влияние на пределы субъективного вменения 284 KB
  В.А.Якушин В.В.Назаров Ошибка в уголовном праве и ее влияние на пределы субъективного вменения теоретические аспекты Якушин В.А.Назаров В.В. Я 49 Ошибка в уголовном праве и ее влияние на пределы субъективного вменения теоретические аспекты. Ульяновск: