Детали передач вращательного движения Оси и валы
Оси и валы (рис. 4.16) — детали, несущие на себе вращающиеся части машин: зубчатые колеса, шкивы, барабаны, звездочки и т. д. Ось обычно представляет собой сплошное или полое ступенчатое тело цилиндрической формы. Оси бывают вращающиеся и неподвижные. Например, вагонная ось вместе с закрепленными на ней колесами вращается, а ось велосипеда неподвижна и колесо вращается относительно нее.
Наиболее распространенные прямые валы по форме не отличаются от осей. Однако они существенно отличаются по характеру работы. Валы не могут быть неподвижными, они обязательно вращаются. Но главное отличие в другом. Оси только несут на себе части машин, а, следовательно, подвергаются только изгибу. Валы, кроме того, еще и передают вращающий момент, а значит, подвергаются одновременному действию изгиба и кручения.
Оси рассчитывают, как балки, на поперечный изгиб, а валы — на сложное сопротивление (изгиб с кручением).
Рис. 4.16. Основные типы валов и осей:
а – гладкий трансмиссионный вал; б – ступенчатый вал; в – шпиндель станка; г – вал паровой турбины; д – коленчатый вал; е – ось вращающаяся вагонная; ж – ось невращающаяся
Опоры осей и валов (подшипники)
Вращающиеся оси и валы своими цапфами (шипами и шейками) опираются на неподвижные опоры. В зависимости от характера трения между вращающимися и неподвижными деталями различают опоры (подшипники) скольжения и опоры качения.
Опорам с трением качения присущи следующие преимущества: малые потери на трение и моменты сопротивления при трогании с места; относительная простота сборки и ремонта механизмов; малые габариты в осевом направлении. К недостаткам этих опор относятся повышенная чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам и значительные радиальные габариты.
Опоры с трением скольжения имеют следующие преимущества: они могут работать при высоких скоростях и нагрузках; малочувствительны к ударным и вибрационным нагрузкам; их можно устанавливать в местах, недоступных для установки подшипников качения. К основным недостаткам опор с трением скольжения относятся более высокие потери на трение при обычных условиях; усложненные системы смазки тяжело нагруженных, быстроходных подшипников; необходимость постоянного контроля за смазкой; износ; большие осевые габариты.
Подшипники скольжения
Простейшая опора скольжения для цапфы вала выполняется в виде отверстия в станине или корпусе машины. Однако такая опора после износа не может быть восстановлена. Поэтому целесообразней делать опоры в виде самостоятельного узла — втулки с фланцем. Еще более совершенной является конструкция, в которой внутрь такого подшипника запрессовывается сменная втулка из специального антифрикционного материала (например, бронзы), поэтому при износе заменяют не весь подшипник, а лишь втулку.
Удобство монтажа и демонтажа, а также относительная простота конструкции являются достоинствами подшипников скольжения. Однако у них есть и существенные недостатки, в первую очередь — большие потери мощности на преодоление трения скольжения.
Пример конструктивного оформления подшипника изображен на рис. 4.17.
Рис. 4.17. Подшипник с разъемным корпусом