8. Валы и оси

1) Что такое вал ? – Деталь предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей оси. Нагрузкой для валов являются изгибающие и крутящие моменты. На рис.11 показан пример вала-шестерни.

Рис.11

2) Что такое ось ? – Деталь, предназначенная для поддержания вращающихся деталей и не передающая полезного крутящего момента. Момент от сил трения обычно бывает на порядок меньше по сравнению с изгибающими моментами и в расчетах прочности оси не учитывается. Конструктивный пример оси показан на рис.12.

Рис.12

3) Материал для валов ? – Поскольку у вала бывает несколько точных посадочных мест, то для шлифовки необходима достаточно высокая твердость. Если действующие нагрузки не велики, то возможно применение дешевой и легко обрабатываемой Ст30. Ее можно закалить и отпустить до твердости НВ300, что вполне достаточно для шлифовки и получения точных размеров. Валы часто несут большие нагрузки, поэтому для их изготовления применяют высокопрочные закаливаемые стали. Это материалы (с нарастанием качества) : Ст45, 40Х, 40ХВН, 40ХН2МА. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению (при жестких динамических нагрузках), закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке т.в.ч. с низким отпуском (шлицевые валы).

4) Особенность проектирования валов редукторов общепромышленного назначения?

Подобные механизмы рассчитываются для работы в течении длительного времени, зачастую для непрерывной работы в течении нескольких лет. В таком случае ограничителем выступают контактные нагрузки в подшипниках, что приводит к увеличению номера выбираемых подшипников и, соответственно, их размеров. Увеличиваются цапфы валов. Геометрическая характеристика, используемая в расчете прочности вала - момент сопротивления сечения изгибу (W) пропорционален кубу диаметра вала, т.е. валы получаются тяжелее и прочнее, чем это требуется по расчетам на прочность от действующих сил в редукторе, например, вал имеет диаметр в опасном сечении 4 см (характерное число 4³ = 64), если вал увеличивают в диаметре до 5 см, то прочность увеличивается в два раза т.к. характерное число 5³ = 125. В этом случае их рационально изготовлять из дешевых сталей (Ст2, Ст3). Для того, чтобы цапфы валов не разбивались под подшипниками и они не меняли своего размера при перепрессовке подшипников, желательно их цементировать и закаливать токами высокой частоты.

5) Валы, рассчитываемые только по касательным напряжениям.

Между далеко отстоящими агрегатами машины для передачи вращательного движения применяются трансмиссионные валы, если вал хорошо сцентрирован (не имеет собственного биения), то его нагрузкой является передаваемый крутящий момент Мкр и, следовательно его рассчитывают по напряжениям кручения ( _КР ). Расчетная формула

_КР = Мкр/W_,

где W_ - момент сопротивления сечения кручению, если вал сплошной и имеет диаметр d , то W_ = 0,1*d³.

9. Подшипники качения

Основные типы подшипников качения показаны на рис.13, 14, 15.

Радиальный шариковый подшипник. Примеры обозначения. Пусть внутренний диаметр подшипника 25 мм :

205 – подшипник легкой серии,

305 – подшипник средней серии,

Рис.13 405 – подшипник тяжелой серии

Эти подшипники отличаются между собой разной нагрузочной способностью.

Роликовый подшипник.

Примеры обозначения. Пусть внутренний диаметр подшипника 25 мм :

7205 – подшипник легкой серии,

7305 – подшипник средней серии,

Рис.14

Подшипник шариковый упорный.

Примеры обозначения. Пусть внутренний диаметр подшипника 25 мм :

8205 – подшипник легкой серии,

8305 – подшипник средней серии,

Рис.15

1) Какие параметры используются при расчете работоспособности (долговечности) подшипников качения ? – Используются : приведенная нагрузка, число оборотов вала, число часов работы подшипника.

2) Если предусматривается применение роликовых подшипников, то что представляет опасность для них ? – Прогиб валов или смещение посадочных мест подшипников приводит к сколу роликов и дроблению поверхности беговых дорожек.

3) От какой детали подшипника зависит его долговечность и работоспособность ? – Главным образом на работоспособность влияют контактные напряжения между шариками (роликами) и кольцами подшипника. Увеличение диаметра шарика (ролика) приводит к увеличению контактной площадки и уменьшению напряжений.

4) Если на вал действуют радиальные и осевая силы, то какой тип подшипника предпочтительней выбрать? – Радиально-упорный шариковый подшипник. В то же время при достаточной жесткости валов и точности изготовления корпуса применение роликовых радиально-упорных подшипников приводит к уменьшению габаритов подшипникового узла. Стоимость роликовых подшипников мало отличается от шариковых. Во всех случаях необходимо предусмотреть регулировку осевого зазора.

5) Как защитить внутреннюю полость редуктора от пыли, воды, грязи? - Если только от пыли и грязи, то достаточно эффективны лабиринтные уплотнения, фетровые или войлочные сальниковые кольца. При необходимости поставить преграду жидким веществам, в частности, маслу, распространенный способ – применение резиновых манжет.

6) Способы смазки подшипников в редукторе ? – Наиболее распространены способы. Масляным туманом, образующимся при работе передач. Раздельная жидкая смазка с помощью масляного насоса и трубопроводов разводки. Смазка разными видами масел – передачи смазываются из картера жидким маслом; подшипники имеют защиту от попадания жидкой смазки и смазываются предварительно заложенной в подшипниковый узел консистентной смазкой.

7) Консистентная смазка для подшипников ? – В пределах умеренных скоростей и температур смазка 1-13 (широко распространенный теперь Литол). При повышенных температурах ЦИАТИМ – 221.