13_Валы и оси

4

Валы и оси. Классификация.

На валах и осях размещают вращающиеся детали: зубчатые ко­леса, шкивы, барабаны и т. п. Вал отличается от оси тем, что пере­дает вращающий момент от одной детали к другой, а ось не передает. Вал всегда враща­ется, а ось может быть вращающейся или невращающейся.

Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. Наи­большее распространение имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах (например, в зубоврачебных бормашинах). Коленчатые и гибкие валы относят к специальным деталям и не изучают в настоящем курсе.

По конструкции различают валы и оси:

- гладкие,

- фасонные,

- ступенчатые,

- сплошные и полые.

Образование ступеней на валу связано с закреплением деталей или самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа детали при посадках с натягом. Полыми валы изготовляют для умень­шения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр.

Участки вала или оси, лежащие в опорах, называют цапфами. Цапфы валов, работающих в подшипниках скольжения, выполняют цилиндрическими, коническими и сферическими. Цапфы валов для подшипников качения выполняют цилиндрическими.

Расчет вала предусматривает:

- проектный расчет для предварительного определения диаметра ва­ла и выполнения его эскиза по пониженным допускаемым напряжениям или по эмпирическим зависимостям;

- проверочный расчет, требующий вычисления моментов изгиба и кру­чения в опасных сечениях;

- другие виды расчетов.

Материалы

Основными материалами для валов служат углеродистые и легирован­ные стали ввиду их высоких механических характеристик, способности к упрочнению и легкости изготовления цилиндрических заготовок прокаткой.

Для большинства валов применяют термически обработанные среднеуглеродистые или низко легированные стали. Чаще других применяют:

- сталь Ст5—для валов без термообработки;

- сталь 45 или 40 X —для валов с термообработкой (улучшение);

- сталь 20 или 20Х —для быстроходных валов на подшипниках скольжения, цапфы в данных валах цементируют для повышения износостойкости.

Проектный расчет

При проектном расчете обычно известны: крутящий момент Т или мощность P и частота вращения n, нагрузка и размеры основных деталей, расположенных на валу (например, зубчатых колес). Тре­буется определить размеры и материал вала.

Валы рассчитывают на прочность, жесткость и колебания. Расчет осей является частным случаем расчета валов при Т=0.

Проектный расчет выполняют исходя из расчетов на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям.

а) Расчет быстроходных и тихоходных валов.

Определяем диаметр выходного конца вала по формуле:

, [мм] – ГОСТ, где Т – крутящий момент [Н·мм] на рассчитываемом валу; .

Остальные диаметры назначают по конструктированным соображениям, используя литературные источники.

Диаметр выходного конца вала необходимо согласовать с диаметром вала электродвигателя или же посадочного диаметра выбранной муфты или шкива.

Диаметр вала эл.двигателя берется из таблиц.

Длину выходного конца вала принимаем равной ступицы полумуфты, шкива или звёздочки.

б) Расчет промежуточных валов.

Определяем диаметр вала в месте посадки колеса на вал по формуле:

, [мм] – ГОСТ. Принимаем

Остальные диаметры также назначаем по конструктивным соображениям, как правило в сторону уменьшения на 5…10мм.

После оценки диаметра вала и разработки конструкции выполняют проверочный расчет. Данный расчет заключается в определении расчетных нагрузок, расчете на прочность, жёсткость и на колебания в опасных сечениях валов.