Ось в механізмі. Вали і осі загальні відомості

ПРИЗНАЧЕННЯ І КЛАСИФІКАЦІЯ ВАЛІВ.Вали І ОСІ

Обертові деталі машин (зубч-ті колеса, шківи, \u200b\u200bзірочки та ін.) Розміщують на валах і осях. Вали перед- призначені для передачі обертального моменту вздовж своєї осі. Сили, метушні-кається при передачі крутного мо-мента, викликають напруження кручення і вигину, а іноді напруги вирощуючи-вання або стиснення.

Осі залишають поза передачею крутний момент; діючі в них сили викликають лише напруги вигину (незначні обертаючі моменти від сил тертя не враховують-ся). Вали обертаються в підшипниках. Ocі можуть бути обертаються або НЕ-рухливі.

За призначенням розрізняють вали передач і корінні вали, що несуть навантаженням-ку не тільки від деталей передач, але і від робочих органів машин (дисків, фрез, барабанів і т. Д.).

За конструкцією вали можна поділу-лити на прямолінійні, колінчаті і гнучкі (рис. 4.1). Широко застосовують прямолінійні вали ступінчастою кон-струкції. Така форма вала зручна при монтажі, так як дозволяє встановити деталь з натягом без пошкодження со-Седнів ділянок і забезпечити її осьову фіксацію. Уступи валів можуть воспри-розуміти значні осьові навантаження. Однак в місцях сполучення ділянок різного діаметру виникає кон-рація напружень, що знижує ін-ність вала.

Щоб зменшити масу вала, і забезпечити подачу масла, охолоджувальної рідини або повітря, застосовують порожнисті вали.

До особливої \u200b\u200bгрупи належать гнучкі вали, які використовуються для передачі вра-щающую моменту між валами, осі обертання яких зміщені в просторі.

У сільськогосподарських, підйомно-транспортують і інших машинах часто використовують трансмісії-онние вали, довжина яких сягає кількох метрів. Їх виконують зі-ставними, поєднуючи з допомогою флан-ців або муфт.

Критерії працездатності валу.

Конструкція, розміри і матеріал вала істотно залежать від критеріїв, оп-чати його працездатність. Працездатність валів характеризують-ся в основному їх міцністю і жест-кісткою, а в деяких випадках віброус-тойчивость і зносостійкість.

Більшість валів передач руйнуючої-шаются внаслідок низької втомної міцності. Поломки валів в зоні кон-центрації напружень відбуваються через дії змінних напружень. Для тихохідних валів, що працюють з перевантаженням, основним критерієм ра-працездатність служить статична міцність. Жорсткість валів при вигині і крученні визначається значеннями прогинів, кутів повороту пружною чи-ванні і кутів закрутки. Пружні переме-щення валів негативно впливають на роботу зубчастих і черв'ячних передач, підшипників, муфт та інших елементів-тов приводу, знижуючи точність меха-низмов, збільшуючи концентрацію на-грузок і знос деталей.

Для швидкохідних валів небезпечно виникнення резонансу - явища, коли частота власних коливань збігається або кратна частоті обурені-чих сил. Для запобігання Резо-Нансі виконують розрахунок на вібростійкість. При установці валів на підшипниках ковзання розміри цапф вала визначають з умови ізно-состойкості опори ковзання.

Мал. 4.1 Типи валів і осей:

а - пряма вісь; б - ступінчастий суцільний вал; в - ступінчастийпорожнистий вал; г - колінчастий вал; д - гнучкий вал

Конструювання вала виконують поетапно.

На першому етапівизначають розрахунок-ні навантаження, розробляють розрахунок-ву схему вала, будують епюри момен-тов. Цьому етапу передує ескіз-ва компоновка механізму, в процесі якої попередньо визначають основні розміри вала і взаємне по-ложення деталей, що беруть участь в пере-дачі навантажень.

До діючих навантажень, які передаються на вал з боку деталі (шківа, зірочки, зубчастого колеса і ін.) Або з вала на деталь, відносяться:

Сили в зачепленні зубчастих і черв'ячних передач;

Навантаження на вали ремінних і ланцюгових передач;

Навантаження, що виникають при установці муфт в результаті неточності монтажу та інших помилок.

Визначення сил в зачепленні і навантажень на вали ремінних і ланцюгових передач розглянуто вище.

При установці на кінцях вхідних; вихідних валів з'єднувальних муфт враховують радіальну консольную грузку, що викликає вигин вала. Це навантаження рекомендується визначати по ГОСТ 16162-85.

Для вхідних і вихідних валів одноступінчатих циліндричних конічних редукторів і для швидкохідних валів редукторів будь-якого типу консольную навантаження можна наближено розрахувати за формулою

; (4.1)

для тихохідних валів дво- і трьох - східчастих редукторів, а також черв'ячних передач

; (4.2.)

де Т - крутний момент на валу, Н. м.

Сили і моменти, що передаються маточиною на деталь, спрощено приймають зосередженими та додатків-ми в середині її довжини.

При виконанні розрахункової схеми вал розглядають як шарнірно-закріплену балку. Положення точки опори вала залежить від типу підшипника (рис. 4.2).

Мал. 4.2. Точки опори вала:

а -на радіальному підшипнику; б -на радіально-наполегливому підшипнику;

в -на двох підшипниках в одній опорі; г -на підшипнику ковзання.

Діючі в двох взаємно перпендикулярних площинах (вертикальної і горизонтальної) сили переносять в точки на осі валу. Будують епюри через згину і обертаючих моментів в двох площинах (рис. 4.3).

Момент від окружної сили зображені жають на епюрі моментів, що обертають, від осьової сили у вертикальній плоско-сті - у вигляді стрибка М 'z на епюрі ізгі-бающіх моментів. Епюри будують за методикою, викладеною в курсі опору матеріалів.

За епюрах визначають сумарні згинальні моменти в будь-якому перетині. Так в перерізі 1-1 найбільший сумарний момент

де М z 1 — вигинає момент в небезпечному січі-ванні в площині ZY ; М х1 - згинальний момент у небезпечному перерізі в площині XY; М к1 - ізгі-бающій момент в площині дії консоль-ної навантаження. Порівнюючи отримані значення, виділяють найбільш небезпечні перетину вала.

На другому етапірозробляють кон-струкцію вала. Попередньо визна-ділячи діаметр вихідного ділянки по умовному допустимому напрузі крутіння [τ], приймаючи його рівним 15-25 МПа.

Діаметр вала, мм,

Якщо обрана ступінчаста конструк-ція вала, визначають діаметри і довжини його ділянок, використовуючи розрахункову схе-му або ескізний компонування (див. Вище)

Мал. 4.3. Схеми навантаження вала. Епюри вигину-чих і крутного моментів Прийняті розміри рекомендує-ся уточнювати по ГОСТ 6636-69 *.

Ступінчаста форма вала віддай перевагу-тельна, так, як спрощується складання со-єднань з натягом, запобігають пошкодження ділянок з поверхнями підвищеної чистоти обробки, форма вала наближається до равнопрочность брусу. Однак в місцях сполучення ділянок різного діаметру виникає концентрація напружень, що знижує міцність вала, а при використанні в якості заготовки прутка або поковки ускладнюється технологія виготовлення, збільшується витрата металу. Щоб знизити концентрацію на-напружень, а отже, підвищити міцність від утоми вала, перехід-ні ділянки найчастіше виконують з галтелями (рис. 4.4). Радіус галтелі r і висоту заплечика (уступу) вибирають в залежності від діаметра вала d, осі-вої сили, розмірів R, з 1 і форми уста-встановлюються деталі (табл. 4.1).

Мал. 4.4. Перехідні ділянки вала у вигляді галтелів

Таблиця 4.1 Розміри галтелів, мм. (Див. Рис.4.4.)

Якщо уступ служить для осьової фік-сації підшипника, то висота h. (Табл.4.2) повинна бути менше товщини внутрішнього кільця підшипників-ка на величину t, достатню для раз-ня лапок знімача при демон-таж.

Канавки для виходу шліфувального круга (Рис. 4.5) викликають більш висо-кую концентрацію напружень, ніж галтелі. Переходи такими канавками виконують при значному запасі міцності вала. Розміри канавок дані в таблиці 4.3.

Щоб виключити осьові зазори, довжину посадкового ділянки вала слід виконувати дещо менше довжини маточини насаживаемой деталі. Для зручності монтажу ділянку валу під по-садку з натягом повинен мати скоси і фаски (рис. 4.6, а, б, табл. 4.4).

Мал. 4.5. Канавки для виходу шліфувального круга:

а, б - для шліфування циліндричної поверхні вала;

в - для шліфування циліндричної поверхні і торця уступу

Якщо ділянка вала не має наполегливих буртиков, то його діаметр рекомендують приймати на 5% менше посадкового діаметра (рис. 4.6, в).

Форма вихідного ділянки вала (рис. 4.7) може бути циліндрична (ГОСТ 12080-66 *) або конічна (ГОСТ 12081-72 *). Конічний кінець вала виконати складніше. Однак коні-етичні сполуки мають великий здатністю навантаження, Їх легше збирати і розбирати. Осьове зусилля створюють, затягуючи гайку. Для цього на кінці хвостовика передбачають кріпильну різьблення.

Мал. 4.6. Фаски (а), скоси (б) і перехідні ділянки (в)

Мал. 4.7. Вихідні ділянки валів: а - циліндричний, б - конічний

Форма і розміри шпонкових кана-вок на валу залежать від типу шпонки і ріжучого інструменту. Пази для приз-тичних шпонок, виготовлені дисковою фрезою, Викликають меншу концентрацію напружень. Однак фіксація шпонки тут менш надеж-на, а паз довше за рахунок ділянок для виходу фрези (рис. 4.8). При наявності пазів для призматичних шпонок слід передбачити такі розміри ділянок східчастих валів, щоб де-монтаж деталей відбувався без видалити-ня шпонок, так як шпонки устанав-ють у пазах по пресовій посадці і виїмка їх небажана.

Тому ді-діаметром d 2 сусіднього посадкового участ-ка визначають з урахуванням висоти hшпонки:

де t 2 - глибина паза в маточині, мм

Мал. 4.8. Шпонкові пази:

а - виготовлені палацовий фрезою; б-дискової фрезою.

Позначення: l - робоча довжина шпонки; b- ширина шпонки;

lвих - довжина ділянки для виходу фрези; Dфр - діаметр дискової фрези

Якщо на вихідних ділянках валів ця умова нездійсненна, то шпоноч-ний паз фрезерують «на прохід». При установці на валу декількох шпонок їх слід розташовувати в одній пло-кістки і передбачати для них по можливості однакову ширину па-поклик при дотриманні умов прочнос-ти шпонкових з'єднань. Це позво-ляет обробляти пази без зміни положення вала і одним инструмен-те.

Розміри зубів шліцьових ділянок вибирають, враховуючи діаметри сусід-них посадкових ділянок вала. Для ви-ходу ріжучого інструменту внутрен-ний діаметр d зубів шліцьового участ-ка, розташованого між підшипників-ками, повинен бути більше посадкового діаметра підшипника. В іншому випадку для виходу фрези передбачати-вают ділянку довжиною l вих (рис. 4.9, табл. 4.5).

За таким же принципом конструювання-ють нарізні ділянки валів під коло-круглі шліцьові гайки. На ділянках пре-передбачати канавки для виходу різь-бонарезного інструменту (рис.4.10, табл.4.6) і під язичок стопорній багатолапчата шайби.

Мал. 4.9. Шліцьові ділянки валів

Таблиця 4.5. Діаметр фрези для прямобочного шліців (див. Рис.4.9)

Таблиця 4.6. розміри канавок різних типів, Мм (див. Рис. 4.11.)

Примітка. У канавок типу I радіус скоса r 1\u003d 0,5 мм.

При виготовленні вала за одне це-лое з шестернею (рис. 4.11) матеріал вала і спосіб термообробки вибираючи-ють за умовами міцності зубів шес-терни.

Для виготовлення валів застосовують вуглецеві конструкційні стали 40, 45, 50 і леговану сталь 40Х твердістю НВ≤300. Леговані сталі 40ХН, 30ХГСА, 30ХГТ і інших марок з подальшим гартом ТВЧ застосовують для високонавантажених валів. Швидкохідні вали, обертові-еся в підшипниках ковзання, для підвищення зносостійкості цапф через готовляют з цементуемих сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ або азотіруемой стали 38Х2МЮА. Якщо розміри вала визна-ляють умовами жорсткості, то можна

використовувати сталі Ст. 5, ст. 6. Це до-пускається при відсутності на валу ізна-Шива поверхонь (цапф, йшли-ців та ін.), Які потребують міцних, терми-но оброблених сталей. Фасонні вали (наприклад, колінчасті) изготов-ляють з високоміцних і модіфіці-рова чавунів.

Механічні характеристики валів вказані в таблиці 4.7.

На третьому етапіконструювання виконують перевірочний розрахунок вала, визначаючи еквівалентне напруження або запас міцності в найбільш критичні-них перетинах.

Для валів, що працюють в режимі короткочасних перевантажень, з метою попередження пластичних дефор-мацій виконують перевірки рас-чет н а статичну ін-ність. Еквівалентне напруження в небезпечному перерізі, МПа,

; (4.6)

де d - діаметр вала, мм; М - найбільший з-Гиба момент, Н. м; Т - найбільший вра-щающую момент, Н. м.

Допустима напруга, МПа,

де σ т - межа текучості, МПа; S T - запас ін-ності за межею текучості: S T \u003d 1,2-1,8.

Перевірочний розрахунок осей виконуємо-ють за формулою (4.6) при T \u003d 0.

При довготривалих на-навантаженнях виконують перевірочний розрахунок н а опір втоми. Коефіцієнт запасу втомної міцності

; (4.8)

де S σ; Sτ - коефіцієнти запасу міцності со-відповідально по напруженням вигину і крутіше-ня; [S] - допустимий коефіцієнт запасу міцності: [S] \u003d 2-2,5.

Коефіцієнт запасу міцності по напруженням вигину

; (4.9)

Мал. 4.11. Конструкція вала - шестерні.

Позначення: da1 - діаметр шестерні; dB - діаметр вала;

dП - посадковий діаметр вала під підшипникпо напруженням кручення

; (4.10)

де σ -1, -1 - межі витривалості матеріалу вала відповідно при згині і крученні з симетричним знакозмінних циклом, МПа (см.табл. 4.7); До σ D, K D - коефіцієнти кон-центрації напружень, що враховують вплив всіх факторів на опір втоми; σ а, D - змінні складові циклу зраді-ня напруг (амплітуди), МПа; ψ σ ψ - ко-коефіцієнти, що характеризують чутливість-ність матеріалу до асиметрії циклу напружень-ний (див. Табл. 4.7); σ m; m - постійні склад-рами циклу зміни напружень, МПа.

Складові циклу зміни на-напружень вигину:

; (4.11)

де M Σ - сумарний згинальний момент, Н. м; W o - момент опору перерізу валу ізгі-бу) мм 3; F а - осьове зусилля. Н; А - площа се-чення вала, мм 2: А \u003d nd 2/4.

Вали І ОСІ

Основні відомості

Деталі, на які насаджують обертові деталі машин (наприклад, шківи, \u200b\u200bзубчасті колеса), називають валами і осями. розрізняють вали і осі за умовами навантаження:

· вали передають крутний момент уздовж своєї осі обертання і відчувають напруження згину, стиснення, розтягування і кручення;

· осі залишають поза передачею крутний момент і навантажуються тільки изгибающими напруженнями.

Вали і осі мають аналогічні форми і одну загальну функцію - підтримувати насажанную на них деталі (класифікація валів представлена \u200b\u200bв табл.1.1).

Таблиця 1.1

класифікації валів

Слід зазначити, що гладкі вали більш технологічні, ніж ступінчасті, і що іноді вали і осі виконують порожнистими як з метою зниження маси, так і з метою встановлення всередину валу інших деталей обертання. порожній вал з співвідношенням діаметра внутрішнього отвору до зовнішньому діаметру вала, рівним 0,75, легше суцільного равнопрочного вала майже в 2 рази.

У масовому виробництві іноді використовують порожнисті зварні вали зі сталевої стрічки, намотаною по гвинтовій лінії. При цьому економиться до 60% металу.

За конструкцією осі ділять на 2 основні групи:

1) рухливі осі , Що обертаються в опорах разом з насадженими на них деталями (рис. 1.1, а);

2) нерухомі осі , Службовці опорами для обертових на них деталей (рис. 1.1, б).

Мал. 1.1. Приклади конструкцій осей:

а -рухома вісь; б -нерухома вісь

Осі і вали конструюють зазвичай у вигляді брусів складаються з ряду циліндричних ділянок різних діаметрів. Насаджуються на осі і вали деталі кріплять за допомогою шпонок або шліців. В осьовому напрямку деталі щодо валів і осей фіксують за допомогою розпірних кілець (або втулок), а також завдяки наявності на валах буртиков і заплічок.

Ступінчаста форма вала або осі визначається також прагненням наблизити їх обриси до форми балки рівного опору вигину. Балкою рівного опору вигину називають брус, у всіх поперечних перетинах якого найбільші напруження згину однакові. Такий брус круглого поперечного перерізу має форму кубічного параболоїда уздовж своєї осі.

Однак виготовити брус, що має форму кубічного параболоїда, вельми складно, і ця форма незручна для посадки на вал пов'язаних з ним деталей. Тому вал (вісь) виконують що складається з циліндричних і конічних ділянок різних діаметрів (рис.1.2). Це роблять для того, щоб матеріал вала якомога рівномірніше навантажувався по всьому своїм обсягом.

Мал. 1.2. Приклад конструкції ступеневої валу

Осі і вали спираються на нерухомі опорні частини - підшипники і підп'ятники. Ділянки осей і валів, що безпосередньо стикаються з опором, називають цапфами . Кінцеві цапфи називають шипами , А проміжні цапфи - шийками . Торці, що впираються в нерухому опору і перешкоджають осьовому зміщення вала (осі), називають п'ятами. Вони можуть бути плоскими, кульовими або конічними.

Перепад двох сусідніх ділянок вала називають щаблем , Наприклад: один із ступенів вала - хвостовик діаметром d і сусідню ділянку діаметром D (Див. Рис.1.2). Мінімальна величина ступеня становить 2 ... 3 мм на сторону, тобто перепад по радіусу. Разом з тим, величини діаметрів D і d повинні бути узгоджені з нормальними лінійними розмірами по ГОСТ 6636-69.

Торцеві поверхні ступенів вала (осі) називають заплечиками . Різниця між діаметрами сусідніх циліндричних ділянок вала (осі) має забезпечувати достатні розміри заплічок для осьової фіксації посаджених на вал (вісь) деталей обертання.

Сполучення двох сусідніх ділянок ступені вала (осі), зване жолобником , Бажано виконувати за допомогою плавного переходадугой якомога більшого радіусу. Радіус галтелі зазвичай приймають в межах від 0,05. d до 0,10. d (Див. Рис. 1.2).

Галтель знижує концентрацію напружень в місці переходу від одного діаметра вала до іншого . Особливо це важливо при змінних навантаженнях на вал.

Мал. 1.3. Види галтелів на ступені вала:

а -постійним радіусом; б -двома радіусами;

в -постійним радіусом і з проточкою, що розвантажує концентрацію напружень; г -з поднутреніем в заплечик вала

Перехід від одного діаметра вала до іншого, виконаний за рис.1.4, а, Нераціональний, оскільки виточення - сильний концентратор напружень. Вплив виточки можна дещо пом'якшити, виконавши її згідно рис. 1.4, б.

Мал. 1.4. Проточки на валу: а -без заокруглень ; б -зі скругленнями

Конструкція валів і осей визначається умовами їх експлуатації. У ряді сільськогосподарських машин застосовують довгі (до 20м) складові вали, які використовуються для передачі крутного моменту. Такі вали називають трансмісійними. У поршневих двигунах і компресорах застосовують колінчаті вали, Що мають ламану вісь обертання.

Для передачі крутного моменту між агрегатами зі зміщеними в просторі осями вхідного і вихідного валів застосовують гнучкі вали, які мають криволінійну геометричну вісь при роботі. Ці вали мають високу жорсткість на кручення і малою згинальної жорсткістю. Прикладом служить гнучкий вал бормашини в стоматології.

Лекція 6. Вали і осі.

Навчальні питання:

1. Призначення, конструкція і матеріали валів та осей.

2. Критерії працездатності та розрахунок валів і осей.

3. Розрахунок валів.

4. Шпонкові і шліцьові з'єднання.

5. Розрахунок на міцність з'єднань з призматичними шпонками.

6. Штифтові з'єднання.

1. Призначення, конструкція і матеріали валів та осей.

валом називають деталь (як правило, гладкою або ступінчастою циліндричної форми), призначену для підтримки встановлених на ній шківів, зубчастих коліс, зірочок, ковзанок і т.д., і для передачі крутного моменту.

При роботі вал відчуває вигин і кручення, а в окремих випадках крім вигину і крутіння вали можуть відчувати деформацію розтягування (стиснення).

Деякі вали не підтримують деталі, що обертаються і працюють тільки на крутіння.

Вал 1 (Рис. 8.1, с. 204 Мархель) має опори 2 , Звані підшипниками. Частина валу, що охоплюються опорою, називають цапфою . Кінцеві цапфи називаю шипами 3 , А проміжні - шийками 4 .

Класифікація валів і осей.

По призначенню вали ділять на:

Вали передач (на них встановлюють деталі передач);

Корінні вали (на них встановлюють додатково ще і робочі органи машини).

За геометричною формою вали ділять на:

Прямі (див. Рис. 8.1);

Кривошипні (рис. 8.3, а);

Колінчаті (рис. 8.3, б);

Гнучкі (ріс.8.3, в);

Телескопічні (ріс.8.3, г);

Карданні (рис. 8.3, д).

Кривошипні і колінчаті вали використовують для перетворення зворотно-поступального руху в обертальний (поршневі двигуни) або навпаки (компресори); гнучкі - для передачі крутного моменту між вузлами машин, міняють своє положення в роботі (будівельні механізми, стоматологічні машини і т.п.); телескопічні - при необхідності осьового переміщення одного вала щодо іншого.

За конструктивними ознаками: Гладкі вали і осі (рис. 8.2); ступінчасті вали і осі (див. рис. 8.1); вали-шестерні (див. рис. 3.36; 3.46, в); вали-черв'яки (див. рис.5.1, поз. 1 ).

За типом перетинували і осі бувають:

Суцільні (див. Рис. 8.2, а);

Порожні (див. Рис. 8.2, б);

Комбіновані (ріс.8.3, г).

ділянки 1 осей і валів (рис. 8.4), якими вони спираються на підшипникипри сприйнятті осьових навантажень, називають п'ятами . Опорами для п'ят служать підп'ятники 2 . Посадочні поверхні валів і осей під маточини посаджених деталей виконують циліндричними, конічними або кульовими. Широке поширення в машинобудуванні отримали циліндричні цапфи; конічні і кульові цапфи; конічні і кульові цапфи застосовують рідко.

питання : Як називають цапфи, показані на рис. 8.5?

-на рис. 8.5, а - циліндрична цапфа;

- на рис. 8.5, б - конічна;

- на рис 8.5, в - кульова.

Перехідні ділянки (галтелі) між ступенями валів і осей виконують для зниження концентрації напружень і збільшення довговічності. Торці валів і осей роблять з фасками, Тобто злегка обточують їх на кінці. Посадочні поверхні валів і осей обробляють на токарних і шліфувальних верстатах.

- питання : Що називають жолобником?

-Галтель - поверхня плавного переходу від меншого перетину (осі) до більшого.

Матеріали для валів і осей .

Як матеріал для осей і валів найчастіше застосовують вуглецеві і леговані сталі (прокат, поковки і рідше сталеві виливки), а також високоміцний модифікований чавун і сплави кольорових металів (в приладобудуванні). Для невідповідальних малонавантажених конструкцій валів і осей застосовують вуглецеві сталі без термічної обробки. Відповідальні важко навантажені вали виготовляють з легованої сталі 40ХНМА, 25ХГТ і ін. Без термічної обробки застосовують стали 35 і 40, Ст5, Ст6, 40Х, 40ХН, 30ХН3А, з термічною обробкою - стали 45, 50 і ін.

В автомобільній і тракторній промисловості колінчаті вали двигунів виготовляють з ковкого або високоміцного чавуну.

питання : Вкажіть найбільш поширені марки сталей, що застосовуються для виготовлення валів і осей.

- При виготовленні валів і осей застосовують стали марок Ст3, Ст4, Ст5, 35, 40, 45, 45, 50, 40Х, 40ХН.

Вал - деталь машин, призначена для передачі крутного моменту уздовж своєї осьової лінії. У більшості випадків вали підтримують обертаються разом з ними деталі (зубчасті колеса, шківи, \u200b\u200bзірочки та ін.). Деякі вали (наприклад, гнучкі, карданні, торсіонні) не підтримують деталі, що обертаються. Вали машин, які крім деталей передач несуть робочі органи машини, називаються корінними. Корінний вал верстатів з обертовим рухом інструменту або виробу називається шпинделем. Вал, що розподіляє механічну енергію по окремим робочим машинам, називається трансмісійним. В окремих випадках вали виготовляють як одне ціле з циліндричної або конічної шестернею (вал- шестерня) або з черв'яком (вал-черв'як).

За формою геометричної осі вали бувають прямі, колінчатіі гнучкі (Із змінною формою осі). Найпростіші прямі вали мають форму тіл обертання. На малюнку 12.1 показані гладкий (а) і ступінчастий (б) прямі вали. Ступінчасті вали є найбільш поширеними. Для зменшення маси або для розміщення всередині інших деталей вали іноді роблять з каналом по осі; на відміну від суцільних такі вали називають порожніми. Колінчастий вал зображений на рис. (12.1, в).

Мал. 12.1.

ось - деталь машин і механізмів, що служить для підтримки обертових частин, але залишають поза передачею корисний крутний момент.осі бувають обертові (Рис. 12.2, а) і нерухомі (Б). Обертається вісь встановлюється в підшипниках. Прикладом обертових осей можуть служити осі залізничного рухомого складу.

Мал. 12.2.

З визначень видно, що вали при роботі завжди обертаються і відчувають деформації кручення або вигину і крутіння, а осі - тільки деформацію вигину.

Конструктивні елементи валів і осей (рис. 12.3). Опорна частина вала або осі називається цапфою. Кінцева цапфа називається шипом,а проміжна - шийкою. Кінцева цапфа, призначена нести переважну осьову навантаження, називається п'ятої. Шипи і шийки вала спираються на підшипники, опорною частиною для п'яти є підп'ятник. За формою цапфи можуть бути циліндричними, конічними, кульовими і плоскими. Кільцевий потовщення валу, що становить з ним одне ціле, називається буртиком.

Перехідна поверхня від одного перерізу до другого, що служить для упору посаджених на вал деталей, називається заплечиком (Див. Рис. 12.1, б). Для зменшення концентрації напружень і підвищення міцності переходи в місцях зміни діаметра вала або осі роблять плавними. Криволінійну поверхню плавного переходу від меншого перетину до більшого називають жолобником (Див. Рис. 12.1, б).Жолобники бувають постійної і змінної кривизни. Галтель вала, поглиблену за плоску частину заплечика, називають поднутреніем.

Мал. 12.3.

Форма вала по довжині визначається розподілом навантажень, тобто епюрами изгибающих і крутять моментів, умовами зборки і технологією виготовлення. Перехідні ділянки валів між сусідніми ступенями різних діаметрів нерідко виконують з напівкруглої канавкою для виходу шліфувального круга.

Посадочні кінці валів, призначені для установки деталей, що передають крутний момент в машинах, механізмах і приладах, стандартизовані.

Матеріали валів і осей. Вимогам працездатності валів і осей найбільш повно задовольняють вуглецеві і леговані стали, а в ряді випадків - високоміцні чавуни. Вибір матеріалу, термічної і хіміко-термічної обробки визначається конструкцією вала і опор, технічними умовами на виріб і умовами його експлуатації.

Для більшості валів застосовують термічно оброблені стали 45 і 40Х, а для відповідальних конструкцій - стали 40ХН, ЗОХГТ і ін. Вали з цих сталей піддають поліпшенню або поверхневому загартуванню струмами високої частоти.

Швидкохідні вали, що обертаються в підшипниках ковзання, вимагають високої твердості цапф, тому їх виготовляють з Цементовані сталей 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ або азотіруемих сталей типу 38Х2МЮА і ін. Найбільшу зносостійкість мають хромовані вали.

Зазвичай вали піддають токарній обробці з подальшим шліфуванням посадочних поверхонь і цапф. Іноді посадочні поверхні і галтелі полірують або упрочняют поверхневим наклепом (обробка кульками або роликами).

Обертові деталі машин встановлюють на валах або осях, що забезпечують постійне положення осі обертання цих деталей.

Вали - деталі, призначені для передачі крутного моменту вздовж своєї осі і для підтримки обертових деталей машин.

Вали за призначенням можна розділити на вали передач, Що несуть деталі передач - зубчасті колеса, шківи, \u200b\u200bзірочки, муфти (рис., аі б), і на корінні вали машин та інші спеціальні вали, що несуть крім деталей передач робочі органи машин двигунів або знарядь - колеса або диски турбін, кривошипи, затискні патрони і т. д. (рис., ві д)

За формою геометричної осі вали поділяють на прямі та колінчасті.

осі - деталі, призначені для підтримки обертових деталей і не передають корисного крутного моменту.

Мал. 12.1 Основні типи валів і осей:

а - гладкий трансмісійний вал; б - ступінчастий вал;

в - шпиндель верстата; г - вал парової турбіни; д - колінчастий вал;

е - вісь обертового вагонна; ж - вісь невращающаяся вагонетки.

Опорні частини валів і осей називають цапфами. Проміжні цапфи називають шийками, Кінцеві - шипами.

Прямі вали по формі поділяють на вали постійного діаметра (вали трансмісійні та суднові багатопролітні, рис., а,а також вали, передають тільки крутний момент); вали ступінчасті (більшість валів, рис. б-р); вали з фланцями для з'єднання по довжині, а також вали з нарізаними шестернями або черв'яками. За формою перетину вали поділяються на гладкі, шліцьові, що мають на деякій довжині профіль зубчастого (шлицевого) з'єднання, і профільні.

Форма вала по довжині визначається розподілом навантажень по довжині.

Епюри моментів по довжині валів, як правило, істотно нерівномірні. Крутний момент зазвичай передається не на всій довжині вала. Епюри згинальних моментів зазвичай сходять нанівець до кінцевих опор або до кінців валів. Тому за умовою міцності допустимо і доцільно конструювати вали змінного перерізу, що наближаються до тіл рівного опору. Практично вали виконую ступінчастими. Ця форма зручна у виготовленні і збірці; уступи валів можуть сприймати великі осьові сили.

Перепад діаметрів ступенів визначається: стандартними діаметрами посадочних поверхонь під маточини та підшипники, достатньої опорною поверхнею для сприйняття осьових сил при заданих радіусах заокруглення крайок і розмірах фасок і, нарешті, умовами збірок.

цапфи(Шийки) валів, що працюють в підшипниках ковзання, виконують: а) циліндричними; б) конічними; в) сферичними (рис.). Основне застосування мають циліндричні цапфи. Кінцеві цапфи для полегшення складання і фіксації валу в осьовому напрямку зазвичай роблять трохи меншого діаметру, ніж сусідню ділянку валу (рис.).

Цапфи валів для підшипників кочення (рис.) Характеризуються меншою довжиною, ніж цапфи для підшипників ковзання.

Цапфи для підшипників кочення нерідко виконують з різьбленням або іншими засобами для закріплення кілець.

Мал. 12.4 Конструктивні засоби підвищення витривалості

валів в місцях посадок: а - потовщення подступичной чвсті вала;

б - закруглення кромок маточини; в - утонение маточини; г - розвантажувальні

канавки; д - втулки або заливки в ступиці з матеріалу з низьким модулем

пружності.

витривалість валів визначається відносно малими обсягами металу в зонах значної концентрації напружень. Тому особливо ефективні спеціальні конструкторські та технологічні заходи щодо підвищення витривалості валів.

Конструктивні засоби підвищення витривалості валів в місцях посадок шляхом зменшення кромок тисків показані на рис. .

Зміцненням подступічних частин поверхневим наклепом (обкаткою роликами або кульками) можна підвищити межу витривалості валів на 80 - 100%, причому цей ефект распростра- вується на вали діаметром до 500 - 600 мм.

Міцність валів в місцях шпонкових, зубчастих (шліцьових) і інших рознімних з'єднань з маточиною може бути підвищена: застосуванням евольвентних шліцьових з'єднань; шліцьових з'єднань з внутрішнім діаметром, рівним діаметру вала на сусідніх ділянках, або з плавним виходом шліців на поверхню, що забезпечує мінімум концентрації напружень; шпонкових канавок, виготовлених дисковою фрезою і мають плавний вихід на поверхню; бесшпоночних з'єднань.

осьові навантаження і на вали від насаджених на них деталей передаються наступним чином. (Мал.)

1) важкі навантаження - упором деталей в уступи на валу, посадкою деталей або настановних кілець з натягом (рис., а і б)

2) середні навантаження - гайками, штифтами безпосередньо або через установочні кільця, клемове з'єднання (рис., В - д);

3) легкі навантаження і запобігання переміщень випадковими силами - стопорними гвинтами безпосередньо або через установочні кільця, клемове з'єднання, пружинними кільцями (рис., д - ж).