2) применять искусственное охлаждение вентилятором, устанавливаемым на валу червяка. Коэффициент К_Т = 20…40 Вт/(м²С) при n₁ = 1000…3000 мин^-1;

3) использовать охлаждение водой, проходящей через змеевик, установленный в масляной ванне;

4) применять специальную систему смазывания с охлаждающим радиатором.

6. Валы и оси

6.1. Общие сведения

Валы и оси служат для поддержания вращающихся на них деталей.

Вал отличается от оси тем, что передает вращающий момент Т. Ось момента Т не передает. Оси могут быть вращающимися и не вращающимися. Вал всегда вращается.

Большинство валов имеют неизменяемую геометрическую форму оси – жесткие оси. Гибкие валы – с изменяемой в пространстве осью (например, в приводах спидометра и других приборов, в бормашинах и т.д.).

По форме геометрической оси различают валы прямые (рис. 6.1, а, б) и непрямые – коленчатые (рис. 6.1, в), служащие для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (или наоборот), и эксцентриковые.

Рис. 6.1

Прямые валы и оси могут быть гладкими (рис. 6.1, а; d – const), ступенчатыми (рис. 6.1, б; d_i – var) и фасонными (вал-шестерня, червяк, шлицевый вал и др.).

Опорные части валов и осей называются цапфами; промежуточные цапфы (например, в коленчатых валах) – шейки, концевые – шипы. Отсюда опоры валов и осей называются подшипниками. Для вертикального вала - соответственно пята и подпятник.

Что должно находится на валу? Это:

1. элементы передачи момента Т (шпонки, шлицы, посадки с натягом и др.);

2. опоры – подшипники (качения или скольжения);

3. уплотнения входных и выходных концов;

4. элементы регулирования передач и опор;

5. элементы осевой фиксации деталей.

6. галтели плавного перехода между ступенями и фаски.

Выходные концы валов выполняют стандартными (цилиндрическими или коническими) для соединения их стандартными муфтами, шкивами, звездочками. Предпочтитель-

н

44

ыми являются конические (К = 1:10) концы с обязательной затяжкой в осевом направлении.

Зубья шестерен z₁ и витки червяков, как правило, нарезают на поверхности вала. Колеса z₂, звездочки, шкивы, полумуфты, а в открытых зубчатых передачах и зубчатые колеса – съемные.

Роль осевых фиксаторов, насаженных на вал деталей, играют выступы ступеней – бурты, съемные распорные втулки, кольца, пружинные упорные кольца.

Переходные участки между двумя ступенями разных диаметров выполняют галтелями (галтель – поверхность плавного перехода от меньшего диаметра к большему), канавками для выхода шлифовального круга или резьбонарезного инструмента (канавки – по ГОСТ). Переходные участки являются концентраторами напряжений. Отсюда, кроме способов упрочнения их, наблюдается тенденция к выполнению гладких, с минимумом уступов валов. Кроме того, на гладких валах сокращается расход металла и время обработки.

6.2. Расчетная нагрузка и критерии работоспособности

Основной расчетной нагрузкой валов являются вращающий Т и изгибающий М моменты, вызывающие напряжения кручения τ_к и изгиба σ_и.

Напряжения сжатия (растяжения) от осевых сил мало влияют на прочность и их в большинстве случаев не учитывают.

Расчет осей является частным случаем и проводится по формулам для валов при Т = 0. Поэтому в дальнейшем речь пойдет только о валах.

Основными критериями работоспособности валов являются прочность, жесткость и виброустойчивость.

Прочность оценивается коэффициентом безопасности S_T при расчете валов и осей на статическую прочность и S – на сопротивление усталости.

Практикой установлено, что разрушение валов и осей в большинстве случаев носит усталостный характер под действием переменных напряжений, поэтому основным является расчет на сопротивление усталости. Жесткость определяют прогибами, углами поворота или углами закручивания сечений в местах установки деталей. Виброустойчивость оценивают недопущением зоны резонанса при колебаниях валов.