Валы и оси

1. Назначение валов и осей

Вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях, которые обеспечивают постоянное положение оси вращения этих деталей.

Валы – детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин .

Оси – детали, предназначенные для поддержания вращающихся деталей и не передающие полезного крутящего момента. Обычно оси неподвижны.

Валы и оси имеют аналогичные формы, которые определяются распределением нагрузок по длине, т.е.

1) эпюрами изгибающих и крутящих моментов;

2) условиями восприятия осевых нагрузок;

3) условиями технологии изготовления;

4) сборки.

Простейшие валы имеют форму тел вращения. Валы вращаются в подшипниках. Передача крутящих моментов связана с наличием сил, возникающих при взаимодействии деталей машин, закрепленных на валах (например, силы в зацеплении зубчатых колес, нагрузки на рабочие колеса турбины со стороны пара). Кроме крутящих моментов валы подвержены действию изгибающих моментов, продольных и поперечных сил.

Валы по своей форме можно разделить на две группы:

1)Ступенчатые валы – вал имеет участки с разными диаметрами.

преимущества:

Легко зафиксировать в осевом направлении детали.

Легко обеспечить необходимый характер сопряжения с другими деталями (Зазор, натяг)

2)Гладкие валы- диаметр один по всей длине вала.

преимущества:

Легко изготавливать

Отсутствует концентратор напряжений

Большинство валов выполняют ступенчатой формы по причине удобства сборки. При этом требуется, чтобы каждая насаживаемая на вал неразъемная деталь проходила по валу до своей посадочной поверхности без натяга во избежание повреждений поверхностей и ослабления посадок.

Эпюры моментов по длине валов, как правило, существенно неравномерны. Крутящий момент обычно передается не по всей длине вала. Поэтому по условиям прочности допустимо и целесообразно конструировать валы переменного сечения, приближающиеся к телам равного сопротивления.

2. Конструктивные формы основных и переходных участков ступенчатых валов

На рис. 1 показана типовая конструкция ступенчатого вала с посаженными на него подшипниками качения и колесом.

Вал имеет следующие основные участки:

• L1 концевой консольный участок (отсутствует у промежуточных валов);

• Lу участок под уплотнение (отсутствует у промежуточных валов);

• Lп1, Lп2 две посадочные поверхности под подшипники;

• Lк посадочную поверхность под ступицу колеса;

• Lбк буртик под колесо.

Переходные участки валов образуются между двумя ступенями разных диаметров. В основном, используются два типа переходных участков:

• с канавкой для выхода обрабатывающего инструмента;

• с галтелью постоянного радиуса.

Рис. 1. Типовая конструкция ступенчатого вала

(*  расстояние выбирается с учетом размеров деталей других ступеней; мм)

Концевые участки валов выполняют двух типов: цилиндрические и конические. Размеры цилиндрических концов валов (рис. 2) выбирают в соответствии с ГОСТ 12080-66 по табл. 1, а конических (рис. 3) – по ГОСТ 12081-72 (табл. 2). Конструктивно проще цилиндрическая форма участка вала, но коническая форма приобретает преимущественное распространение вследствие возможности более легкого монтажа и снятия устанавливаемых деталей.

Рис. 2. Форма цилиндрического конца вала

Таблица 1