Лекция 8 Валы и оси Назначение, конструкция и критерии работоспособности
Вал - предназначен для поддержания вращающихся деталей и передачи крутящего момента от одной летали к другой. При этом вал воспринимает, силы, действующие на детали, и передает их на опоры. При работе вал испытывает изгиб и кручение.
Ось - предназначена только для поддержания сидящих на ней деталей. Ось не передает крутящего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Ось работает только на изгиб. Оси могут быть неподвижные и вращающиеся.
Классификация валов
По назначению:
валы передач, несущие зубчатые колеса, шкивы, звездочки, муфты;
коренные валы и другие специальные валы, несущие кроме вышеперечисленных деталей рабочие органы машин, двигателя и детали специального назначения (колеса и диски турбин, патроны и т.д.
По форме геометрической оси:
прямые валы выполняют гладкими (рис.1) или ступенчатыми (рис.2);
Рис.1. Гладкий вал
Р
ис.2.
Ступенчатый вал
коленчатые валы, имеющие ломаную ось. Используют в специальных машинах (поршневых двигателях и компрессорах);
Рис.3. Коленчатый вал
г
ибкие
валы,
имеющие
криволинейную
геометрическую ось при работе.
Используются
для
передачи крутящего момента между
агрегатами со смещенными
в пространстве осями входного и
выходного.
Рис.4. Гибкий вал
По типу поперечного сечения:
сплошные;
полые для размещения соосного вала, деталей управления, подачи масла, охлаждения;
ш
лицевые.
Рис.5. Полый вал Рис.6.Шлицевой вал
По расположению, быстроходности и назначению:
входные;
промежуточные;
выходные;
тихо- или быстроходные;
распределительные и т. п.
Особенности конструкции
При конструировании валов и осей принимают во внимание технологию сборки и разборки, способ фиксирования насаживаемой детали, механическую обработку, расход материала и пр.
В конструкции ступенчатого вала условно выделяют следующие элементы: концевые участки; участки перехода от одной ступени к другой; места посадки подшипников, уплотнений и деталей, передающих момент вращения. Каждый элемент имеет свое название (рис. 7).
Ц
апфа
(Ц) –
участок вала
(оси), которым он опирается на подшипник
. Цапфы
делятся на:
шип расположен на конце вала (оси) и предназначен для восприятия, в основном, радиальной нагрузки;
шейка - промежуточная цапфа, расположена в средней части вала (оси);
пята расположена на конце вала (оси) и предназначена для восприятия, в основном, осевой нагрузки.
Рис.7. Конструкция вала:
1 - зубчатое колесо, 2 – крышка подшипника, 3 – втулка, 4 - подшипник
Заплечик (З) – переходная торцевая поверхность от одного сечения вала (оси) к другому, предназначенная для упора деталей, установленных на валу или оси.
Буртик (Б) – кольцевые утолщения вала (оси), составляющее одно целое с валом (осью).
Канавка (К) – углубление на поверхности меньшего диаметра между соседними ступенями валов: предназначена для плотного прилегания насаживаемой детали к заплечику (буртику), выхода шлифовального круга, при обработке поверхности меньшего диаметра, выхода резьбонарезного инструмента. (рис.8.4)
Галтель (Г) – криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения вала (оси), к плоской части заплечика или буртика. (рис.8.4)
Фаска (Ф) – скошенная часть боковой поверхности вала (оси) у торца вала (оси), заплечика, буртика. Служит для облегчения сборки и предотвращения травмирования рук.
Радиусы закруглений галтелей, размеры фасок принимают по ГОСТ 12080-66 в зависимости от диаметра вала.
Шпоночный паз (Ш) – углубление в валах для установки шпонок. Выполняют на участках крепления деталей, передающих вращающий момент.
Размеры шпоночных пазов принимают по ГОСТ 23360-78.
Благодаря массовому применению валов и осей в механизмах, для них выработаны нормативы на выполнение различных конструктивных элементов.
Фиксирование в окружном направлении насаживаемой детали (колеса, шкива и т. п.) на валу часто осуществляют соединением с натягом (за счет сил трения). В таких соединениях диаметр подступичной части вала следует увеличивать на 5…10% против соседних участков для снижения напряжений в зонах концентрации (на краях соединения).
При средних значениях крутящего момента и менее высоких требованиях к точности центрирования применяют шпоночные соединения (рис.8.5,a), a при высоких вращающих моментах и повышенных требованиях к центрированию применяют шлицевые соединения.