ВАЛЫ И ОСИ
Основные сведения
Детали, на которые насаживают вращающиеся детали машин (например, шкивы, зубчатые колеса), называют валами и осями. Различают валы и оси по условиям нагружения:
· валы передают крутящий момент вдоль своей оси вращения и испытывают напряжения изгиба, сжатия, растяжения и кручения;
· оси не передают крутящий момент и нагружаются только изгибающими напряжениями.
Валы и оси имеют аналогичные формы и одну общую функцию – поддерживать насажанные на них детали (классификация валов представлена в табл.1.1).
Таблица 1.1
Классификации валов
| ВАЛЫ | ||||
| По условиям нагружения | По конструкции | По форме оси вала | По расположению в механизме | По частоте вращения |
| Валынагружены крутящими и изгибающими моментами | Гладкие Ступенчатые | С прямой осью (трансмиссионные) | Входные | Тихоходные n<1500 об/мин Быстроходные n>1500 об/мин |
| Торсионные валы (нагруженные только крутящим моментом) | С ломаной осью (коленчатые валы) | Промежуточные | ||
| Оси (нагруженные только изгибающим моментом) | С криволинейной осью (гибкие валы) | Выходные |
Следует отметить, что гладкие валы более технологичны, чем ступенчатые, и что иногда валы и оси выполняют полыми как с целью снижения массы, так и с целью установки внутрь вала других деталей вращения. Полый вал с соотношением диаметра внутреннего отверстия к наружному диаметру вала, равным 0,75, легче сплошного равнопрочного вала почти в 2 раза.
В массовом производстве иногда используют полые сварные валы из стальной ленты, намотанной по винтовой линии. При этом экономится до 60% металла [1, с.317].
По конструкции оси делят на 2 основные группы:
1) подвижные оси, вращающиеся в опорах вместе с насажанными на них деталями (рис. 1.1, а);
2) неподвижные оси, служащие опорами для вращающихся на них деталей (рис. 1.1, б).
Рис. 1.1. Примеры конструкций осей:
а – подвижная ось; б – неподвижная ось
Оси и валы конструируют обычно в виде брусьев состоящих из ряда цилиндрических участков различных диаметров. Насаживаемые на оси и валы детали крепят посредством шпонок либо шлицев. В осевом направлении детали относительно валов и осей фиксируют при помощи распорных колец (или втулок), а также благодаря наличию на валах буртиков и заплечиков.
Ступенчатая форма вала или оси определяется также стремлением приблизить их очертания к форме балки равного сопротивления изгибу. Балкой равного сопротивления изгибу называют брус, во всех поперечных сечениях которого наибольшие напряжения изгиба одинаковы. Такой брус круглого поперечного сечения имеет форму кубического параболоида вдоль своей оси.
Однако изготовить брус, имеющий форму кубического параболоида, весьма сложно, и эта форма неудобна для посадки на вал сопряженных с ним деталей. Поэтому вал (ось) выполняют состоящим из цилиндрических и конических участков разных диаметров (рис.1.2). Это делают для того, чтобы материал вала как можно равномернее нагружался по всему своему объему.
Рис. 1.2. Пример конструкции ступенчатого вала
Оси и валы опираются на неподвижные опорные части – подшипники и подпятники. Участки осей и валов, непосредственно соприкасающиеся с опорами, называют цапфами. Концевые цапфы называют шипами, а промежуточные цапфы – шейками. Торцы, упирающиеся в неподвижную опору и препятствующие осевому смещению вала (оси), называют пятами. Они могут быть плоскими, шаровыми или коническими.
Перепад двух соседних участков вала называют ступенью, например: одна из ступеней вала – хвостовик диаметром d и соседний участок диаметром D (см. рис.1.2). Минимальная величина ступени составляет 2...3 мм на сторону, т.е. перепад по радиусу. Вместе с тем, величины диаметров D и d должны быть согласованы с нормальными линейными размерами по ГОСТ 6636-69.
Торцевые поверхности ступеней вала (оси) называют заплечиками. Различие между диаметрами соседних цилиндрических участков вала (оси) должно обеспечивать достаточные размеры заплечиков для осевой фиксации насаживаемых на вал (ось) деталей вращения.
Сопряжение двух соседних участков ступени вала (оси), называемое галтелью, желательно выполнять посредством плавного переходадугой как можно большего радиуса. Радиус галтели обычно принимают в пределах от 0,05 .d до 0,10 .d (см. рис. 1.2).
Галтель снижает концентрацию напряжений в месте перехода от одного диаметра вала к другому. Особенно это важно при переменных нагрузках на вал.
Рис. 1.3. Виды галтелей на ступени вала:
а – постоянным радиусом; б – двумя радиусами;
в – постоянным радиусом и с проточкой, разгружающей концентрацию напряжений; г – с поднутрением в заплечик вала
Переход от одного диаметра вала к другому, выполненный по рис.1.4, а, нерационален, так как выточка – сильный концентратор напряжений. Влияние выточки можно несколько смягчить, выполнив ее согласно рис. 1.4, б.
Рис. 1.4. Проточки на валу: а – без скруглений; б – со скруглениями
Конструкция валов и осей определяется условиями их эксплуатации. В ряде сельскохозяйственных машин применяют длинные (до 20м) составные валы, используемые для передачи крутящего момента. Такие валы называют трансмиссионными. В поршневых двигателях и компрессорах применяют коленчатые валы, имеющие ломаную ось вращения.
Для передачи крутящего момента между агрегатами со смещенными в пространстве осями входного и выходного валов применяют гибкие валы, имеющие криволинейную геометрическую ось при работе. Эти валы обладают высокой жесткостью на кручение и малой изгибной жесткостью. Примером служит гибкий вал бормашины в стоматологии.
Дата добавления: 2015-02-19; просмотров: 7999;