ОСИ И ВАЛЫ (ОВ) (2008)
1. Общие сведения.
В механических передачах, различных узлах машин содержится ряд деталей, предназначенных для поддержания вращающихся элементов машин – шкивов, звездочек, зубчатых и червячных колес и т.д. Эти детали называются осями и валами.
Ось – деталь, служащая для удержания колёс и центрирования их вращения.
Вал – ось, передающая вращающий момент.
Не следует путать понятия "ось колеса", это деталь и "ось вращения", это геометрическая линия центров вращения.
Вал отличается от оси только тем, что передает вращающий момент от одной детали к другой, а ось не передает. По конструкции оси и прямые валы мало отличаются друг от друга, но характер их работы существенно различен: оси являются поддерживающими деталями и воспринимают только изгибающие нагрузки; валы представляют собой звенья механизма, передающие вращающие моменты и, помимо изгиба, испытывающие кручение. Оси могут быть неподвижными или вращаться вместе с насаженными на них деталями.
Нагрузки, воспринимаемые осями и валами, передаются на корпуса, рамы или станины машин через опорные устройства – подшипники.
Части валов и осей, непосредственно соприкасающиеся с подшипниками, носят общее наименование цапф.
Ц
апфу,
расположенную на конце вала, называют
шипом,
а на средней части вала – шейкой.
Цапфы, передающие на опоры осевые нагрузки, называют пятами.
2.Классификация ов
1
.
По конструкции
различают:
Гладкие ОВ,
Ступенчатые или фасонные, (см. рис),
а также
Сплошные
Полые.
Образование ступеней связано с закреплением деталей на валу или самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа детали при посадках с натягом. Полыми валы изготовляют для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр.
2. По назначению различают:
валы передач
коренные валы машин, несущие, кроме деталей передач, рабочие органы машин. Пример коренных валов – это валы турбин, на которые насажены турбинные диски; валы электродвигателей, несущие роторы.
В курсе “ Детали машин и основы конструирования” в основном рассматривают валы передач, на примере которых раскрываются общие свойства всех валов.
3
.
По
форме
геометрической оси
различают:
прямые ОВ , (с прямой осью)
эксцентриковые, (со смещенной осью)
коленчатые (с ломаной осью)
гибкие (с криволинейной осью)
Эксцентриковые и коленчатые валы применяют в машинах - двигателях и в машинах - орудиях, в частности, в автомобильных двигателях и в кузнечно- прессовых машинах. Их использование связано с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот.
Г
ибкие
валы,
которые предложил шведский инженер
Карл де Лаваль ещё в 1889 г.,
имеют изменяющуюся форму геометрической
оси, их применяют в приводах механизированного
инструмента, приводах дистанционного
управления и т.п.
Коленчатые, эксцентриковые и гибкие валы относятся к специальным деталям машин, поэтому в данном курсе рассмотрены только прямые валы.
Особую группу составляют валы-шестерни и валы червяки (шестерня или червяк изготовлены заодно с валом), шлицевые валы и валы с профильными участками.
Чаще всего в машиностроении используются ступенчатые валы. Это обусловлено:
с
тремлением
получить вал, приближающийся к форме
бруса
равного сопротивления;конструктивными соображениями (удобством сборки и разборки деталей на валу);
необходимостью осевой фиксации насаживаемых на вал деталей.
В современном машиностроении валы преимущественно располагаются на двух опорах. При большем числе опор неточности изготовления и сборки, в смысле соосности всех расточек опор, вызывают дополнительные деформации и напряжения в валу, которые могут превосходить напряжения от внешних нагрузок.
Многоопорные валы допускается применять только при расположении всех опор в жестком литом или сварном корпусе с одновременной расточкой всех отверстий.
При конструировании валов необходимо предусматривать осевую и тангенциальную фиксацию деталей. Закрепление деталей на валах в тангенциальном направлении производится с помощью шпонок, щлиц, соединений с натягом, штифтами, клеммовыми соединениями и профильными частями валов.
В осевом направлении используются дистанционные трубки-кольца, стопорные и разрезные пружинные кольца, резьбовые соединения и др.
Любое изменение гладкости валов, а также соединения с натягом, создают концентрацию напряжений, снижают сопротивление усталости вала.
Влияние концентрации напряжений можно снизить конструктивными и технологическими мерами. (См. лекцию “ Основы расчёта и конструирования деталей машин” )