Валы и оси. Их соединения и опоры

Валы и оси

Вращающиеся детали машин устанавливаются на осях или валах. Валы всегда вращаются вместе с деталями и передают крутящий момент; оси же, вращаются ли они вместе с деталями или остаются неподвижны, момента не передают и только под­держивают детали. Поэтому оси нагружены только изгибающими усилиями, а валы, кроме них, и крутящими моментами.

Валы бывают прямые, коленчатые и гибкие (рисунок 3.8). Когда диаметр червяка или шестерни близок к диаметру вала, их изготовляют как одно целое, например, вал с червяком, вал с зуб­чатой шестерней.

Валы

а – прямые; б – коленчатые; в – гибкие.

Рисунок 3.8.

Валы и вращающиеся оси устанавливаются опорами (цапфами) в подшипниках. Цапфы, воспринимающие осевую нагрузку, называются пятами.

Подшипники

Валы и детали, вращающиеся вокруг них, поддерживаются на подшипниках. Различают подшипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения (рисунок 3.9). В зависимости от величины и на­правления нагрузок, возникающих на валах, поддерживаемых подшипниками скольжения, различают подшипники радиаль­ные, которые могут воспринимать нагрузки, направленные радиально, и упорные подшипники, которые могут воспринимать усилия как направленные вдоль оси, так и радиальные.

Поверхность цапфы в радиальных подшипниках скользит относительно его внутренней поверхности. Уменьшение сил тре­ния между трущимися поверхностями создается слоем смазки. При работе цапфа занимает в подшипнике эксцентричное положе­ние, и поэтому смазка между поверхностями подшипника и цапфы принимает форму клина Цапфа, вращаясь, увлекает смазку в узкий зазор, где создается масляная подушка, поддержи­вающая цапфу. Слой масла, разделяющий цапфу и подшипник, создается также, если в зазор подается масло при помощи масляного насоса.

Подшипники скольжения ус­танавливаются для валов боль­шого веса, когда требуется раз­борка подшипника, либо когда последний работает в агрессив­ных средах или при большом загрязнении.

Подшипник скольжения с разъемным корпусом

1 – крышка; 2 – болты; 3 – вкладыши; 4 – корпус; 5 – масленка колпачковая.

Рисунок3.9.

Подшипник качения (рисунок 3.10) состоит из наружного и внутреннего колец с дорожками качения. Между кольцами в дорожках качения устанавливаются шарики или ролики, которые катятся по дорожкам. Чтобы ролики или шарики находились на одинаковом расстоянии один от другого, в подшипниках предусмотрены сепараторы, пред­ставляющие собой штампованные кольца с отверстиями для ро­ликов или шариков.

Основные типы подшипников качения

Рисунок 3.10.

Широко используются роликовые подшипники (при малых диаметрах роликов они называются игольчатыми).

Подшипники качения можно разделить на три типа: радиаль­ные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие не­большие осевые нагрузки; радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допустимой и дей­ствующей радиальными нагрузками; упорные, воспринимающие только осевые нагрузки.

Муфты

Для соединения валов, являющихся продолжением один дру­гого, или расположенных под углом, а также для передачи кру­тящего момента между валом и сидящими на нем деталями при­меняют муфты.

По назначению они разделяются на муфты постоянного дей­ствия (неуправляемые) и муфты сцепные (управляемые).

Муфты, соединяющие валы жестко, различают сле­дующих видов:

- Втулочные муфты просты по конструкции, малы по габариту (рисунок 3.11). Недостатком их является то, что для соединения валов последние необходимо раздвигать. Муфты применяют для диаметров валов, не превышающих 120 мм.

Втулочные муфты:

а – с призматическими шпонками; б – с сегментными шпонками; в – с штифтами; г – с шлицами.

Рисунок 3.11.

- Фланцевые муфты (рисунок 3.12) обычно состоят из двух полумуфт и бывают двух типов. В одном типе муфт болты устанавливают без зазора при этом болты работают на срез. В другом типе муфт болты устанавливают с зазором. В этом случае крутящий момент передается под действием момента трения, создаваемого затяжкой болтов.

Муфты, соединяющие валы при некотором их взаимном смещении или перекосе в результате неточности изготовления, монтажа или деформации во времени работы, называются компенсирующими.

Имеется несколько типов компенсирующих муфт:

- Наиболее простая муфта представляет собой две полумуфты, такие же, как у жестких муфт, только болт в одной из полумуфт упирается в резиновые прокладки, что позволяет компенсировать неточности в положении валов.

- Крестовые муфты применяются для соединения валов, когда могут быть большие смещения осей. Они состоят из двух полумуфт, на торцах которых имеются пазы. Между полу­муфтами помещается, диск, на торцах которого предусмотрены выступы, перпендикулярно расположенные по отношению один к другому. Недостатком этих муфт является большой износ пазов, так как во время работы средний диск движется относительно полумуфт. Между диском и полумуфтами возникают силы трения, вызывающие радиальные усилия, которые передаются на вал.

- Шарнирные муфты (рисунок 3.13) применяют для передачи движения между валами, расположенными под углом. Возможность передачи вращения под углом до 45° обеспечивается тем, что муфта имеет два шарнира, расположенные взаимно перпендикулярно.

- Сцепные муфты. Такие муфты применяют в приводах, когда необходимо при работе часто соединять или разъединять валы.

- Кулачковая муфта (рисунок 3.14) состоит из двух полумуфт, на торцовых поверхностях которых имеются кулачки (зубья) тре­угольного, трапецеидального или прямоугольного профиля. Включаются и выключаются такие муфты при осе­вом перемещении одной из полумуфт.

Принципиальная схема шарнирной муфты Рисунок 3.13.

Кулачковая муфта Рисунок 3.14.

- Фрикционные муфты (рисунок 3.15) позволяют осуществлять плавное вклю­чение. Они бывают ленточные, дисковые, конусные, а также пневмокамерные.

Фрикционные муфты

а — дисковая; б — коническая фрикционная; в — пневмокамерная.

Рисунок 3.15.