Элементы и узлы механизмов. Валы, оси и опоры

Вращающиеся детали механизмов устанавливаются на валах или осях, которые осуществляют центрирование этих деталей относительно оси сращения.

Валы предназначены для передачи крутящего момента. Оси в отличие от валов не передают крутящий момент и могут быть как вращающиеся, так и неподвижные.

Опорами называются устройства, поддерживающие вращающиеся детали в заданном положении. Опоры являются кинематическими парами. Части валов и осей, охватываемые опорами, называются цапфами, а детали опор, охватывающие цапфы, называются подшипниками. При действии осевых нагрузок цапфы называются пятами, а подшипники – подпятниками.

По характеру трения между рабочими элементами цапф и подшипников и по конструктивным признакам опоры делятся на следующие основные типы:

1. опоры с трением скольжения – цилиндрические, конические, шаровые, на центрах, на кернах или на шпилях;

2. опоры с трением качения – шариковые и роликовые подшипники;

3. опоры с жидкостным или воздушным трением;

4. опоры с магнитным подвесом, и т.д.

По конструкции опоры чрезвычайно разнообразны.

К опорам механизмов робототехнических тем предъявляются следующие основные требования:

1. высокая точность направления;

2. малый момент трения;

3. малая чувствительность к изменениям температуры;

4. высокая износостойкость;

5. возможность компенсации износа;

6. стойкость при работе в условиях тряски и вибрации;

7. достаточная, по условиям работы, допустимая нагрузка;

8. невысокая стоимость изготовления и сборки.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют опоры с трением качения.

Валы и оси. Форма и материал валов и осей

Форма и размеры валов и осей определяются их назначением, расположением и способом крепления связанных с ним деталей, типом и размерами опор, условиями обработки и сборки, величиной и направлением действующих сил.

По конструкции и форме валы разделяются на:

- гладкие постоянного сечения;

- ступенчатые;

- шлицевые;

- валы-шестерни;

- валы-червяки;

- фланцевые;

- коленчатые;

- карданные;

- гибкие.

По форме сечения валы делятся на сплошные и полые. Оси могут иметь гладкую, ступенчатую и фланцевую форму.

Диаметры посадочных мест под зубчатые колеса, подшипники и другие детали на валах следует назначать из ряда нормальных размеров. Уступы на валах должны быть достаточных размеров для восприятия осевых сил. Если на валу устанавливаются несколько шпонок, то целесообразно делать их одинаковой ширины и располагать по одной прямой вдоль оси вала.

Для уменьшения концентрации напряжений следует избегать резких переходов от одного диаметра вала к другому (переходы делаются скругленными или коническими). Резьбы, выточки, уступы, шпоночные пазы и шлицы повышают усталостную прочность вала и должны учитываться при его расчете.

Цапфы валов, работающие в подшипниках скольжения, выполняются: цилиндрическими, коническими, шаровыми.

Материал валов и осей назначается с учетом условий их работы. Основным материалом для валов и осей являются сталь Ст5 (без термообработки) и стали 45, 50, 40Х, У8А, У10А (термически обработанные – улучшенные, закаленные с высоким отпуском или закаленные ТВЧ с низким отпуском). Валы, работающие при нагрузке с толчками, изготовляются из сталей 20 и 20Х, при этом цапфы валов цементируются и закаливаются.