5. Основные детали механических передач

5.1. Оси и валы

Все вращающиеся части машин и механизмов (зубчатые колеса, шкивы, звездочки, катки и т.д.) устанавливают на осях или валах.

Рис. 5.1. Оси и валы: а) - ось вращающаяся; б) - ось неподвижная; в) - вал ступенчатый; г) - вал коленчатый; д) - конструктивные элементы осей и валов; F_r - радиальная нагрузка; F_a- осевая нагрузка

Ось – деталь, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный вращающий момент. Ось может вращаться с ус­тановленной на ней деталью, а может не вращаться (неподвижная ось).

Вал – деталь, служащая для передачи вращающего момента вдоль своей осевой линии и поддержания установленных на них деталей. Неко­торые валы не имеют установленных на них деталей - гибкие, карданные, торсионные, они только передают вращающий момент.

Оси и валы могут быть гладкими или ступенчатыми. Для уменьше­ния массы или размещения (пропуска через них) других деталей их делают иногда с отверстием вдоль оси, т.е. полыми. В поршневых машинах при­меняют валы сложной формы – коленчатые. При работе оси подвергаются только деформациям изгиба, а валы испытывают одновременное действие изгиба и кручения (или только кручения).

Опорные поверхности осей и валов называют цапфами, они переда­ют на опоры радиальную нагрузку. Концевую цапфу называют шипом, а промежуточную – шейкой. Концевую цапфу, передающую преимущественно осевую нагрузку, называют пятой, а опору – подпятником.

5.2. Подшипники

Служат опорами для валов и вращающихся осей. Они определяют положение оси или вала в механизме, воспринима­ют нагрузки и передают их на основание. По виду трения различают под­шипники скольжения, у которых цапфа оси или вала скользит по поверх­ности подшипника; подшипники качения, у которых между цапфой и поверхностью подшипника установлены тела качения (шарики, ролики, иглы), т.е. трение скольжения заменено на трение качения.

По направлению воспринимаемой нагрузки различают подшипники:

• радиальные – воспринимают радиальную нагрузку;

• упорные – воспринимают осевую нагрузку;

• радиально-упорные – воспринимают осевую и радиальную нагрузки.

Подшипники скольжения могут быть неразъемными и разъемными. Неразъемный, наиболее простой, состоит из корпуса в отвер­стие которого запрессовывают втулку выполненную из антифрикционного материала (например, бронзы) (рис. 5.2, а). Разъемный подшипник состоит из основания 1, крышки 3 между которыми установлены вкладыши 2 (разрезная втулка) (рис. 5.2, б). Рабочая поверхность вкладыша заливается антифрикционным материалом, (например, баббитом).

Рис. 5.2. Подшипники скольжения: а) - неразъемный; б) – разъемный

Достоинствами подшипников скольжения являются малые габариты в радиальном направлении, возможность применения при очень больших частотах вращения валов, хорошая восприимчивость ударных и вибрационных нагрузок.

К недостаткам следует отнести: большие габариты в осевом направлении, повышенные требования к условиям смазки, необходимость применения дорогих антифрикционных материалов.

Рис. 5.3. Подшипники качения: а) - шариковый радиальный однорядный; б) - роликовый конический радиально-упорный; в) - шариковый упор­ный одинарный; г) - шариковый радиальный самоустанавливающийся двухрядный; д) - радиальный роликовый; е) – игольчатый

Подшипник качения в большинстве случаев состоит из наружного 1 и внутреннего 2 колец с дорожками качения, тел качения 3 и сепаратора 4, который удерживает шарики или ролики на одинаковом рас­стоянии друг от друга (сепаратор означает разделитель) (рис. 5.3). В зависимости от формы тел качения эти подшипники могут быть шариковыми, роликовыми (ролики – цилиндрические или конические), игольчатыми (с удлиненными роликами).

Подшипники качения имеют малые потери на трение, небольшие габариты в осевом направлении, невысокую стоимость (массовое производство). Однако они чувствительны к ударным и вибрационным нагрузкам, неудовлетворительно работают в высокоскоростных приводах.