Валы и оси

Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях.

Деталь, на которую насаживают неподвижно или подвижно вращающееся устройство называется осью или валом.

Вал – вращающаяся деталь машины, предназначенная для поддержания установленных на нём деталей или для передачи вращающегося момента. При работе вал испытывает изгиб и кручение, в отдельных случаях растяжение и сжатие.

Ось – деталь машины, предназначенная только для поддержания установленных на ней деталей. Ось не передаёт вращающегося момента и следовательно не испытывает кручения. Оси могут быть подвижными и неподвижными.

По геометрической форме валы делятся на прямые, коленчатые и гибкие. Оси, как правило, изготовляют прямыми.

Прямые валы и оси могут быть гладкими или ступенчатыми. Образование ступеней связано с различной напря-женностью отдельных сечений, а также условиями изготовления и сборки. По типу сечения валы и оси бывают сплошные и полые. Полое сечение применяется для уменьшения массы и для размещения внутри другой детали.

Цапфы валов

Цапфы – участки вала или оси, лежащие в опорах. Они подразделяются на шипы, шейки и пяты.

Шипом называется цапфа, расположенная на конце вала или оси и передающая преимущественно радиальную нагрузку.

Шейкой называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси. Опорами для шипов и шеек служат подшипники. Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, кониче-скими и сферическими. В большинстве случаев применяются цилиндрические цапфы. Пятой называют цапфу, передающую осевую нагрузку. Опорами для пят служат подпятники. Пяты по форме мо-гут быть сплошными (а), кольцевыми (б), гребенчатыми (в).

Посадочные поверхности валов

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и кони-ческими.

При посадках с натягом диаметр этих поверхностей принимают больше диаметра соседних участков для удобства напрессовки. Диаметры посадочных поверхностей выбирают из ряда нормальных линейных размеров, а диметры под подшипники качения – в соответствии с ГОСТами на подшипники.

Эффективным средством для снижения концентрации напряжений в переходных участках являются выполнение разгрузки канавок (а), увеличение радиусов галтелей, высверливание отверстий в ступенях большого диаметра (б). Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей обкаткой роликами повышает несущую способность валов и осей.

Материалы валов и осей

Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Валы и оси изготавливают преимущественно из углеродистых и легированных сталей. Для валов и осей без термообработки применяют стали Ст5, Ст6, а для валов с термообработкой – 45, 40Х. Цапфа на валах, работающих в подшипниках скольжения, цементируется для повышения износостойкости. Валы и оси обрабатываются на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных поверхностей.

Критерии работоспособности валов и осей

Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основными критерия-ми работоспособности являются сопротивление усталости и жесткость. Сопротивление усталости валов и осей оценивается коэффициентом запаса прочности, а жесткость – прогибом в местах посадок деталей и углами наклона или закручивания сечений.

Основными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты. Влияние растягивающих и сжи-мающих сил невелико и в большинстве случаев не учитывается.