3.3. Форма вала по длине и способы осевой фиксации деталей на валу.

Валы и оси в большинстве случаев имеют форму тел вращения.

Валы по форме геометрической оси разделяют на прямые (рис.б, в) и специальные: коленчатые(рис.ж), гибкие и др.. Последние применяют для преобразования возвратно-поступательного движения (поршней) во вращательное (коленчатого вала) или наоборот. Особую группу представляют гибкие валы с изменяемой формой геометрической оси, их применяют для привода механизированного инструмента, в зубоврачебных бормашинах и т. п.

Оси имеют прямую геометрическую ось. Наиболее просты и технологичны прямые валы и оси постоянного диаметра (рис.б).

Форма валов и осей по длине определяется распределением действующих сил и моментов, технологией изготовления и условиями сборки. Учитывая условие равнопрочности и удобства расположения на них зубчатых колес, шкивов и т. п., целесообразно конструировать валы и оси ступенчатыми(рис.в), близкими по форме к балкам равного сопротивления.

В поперечном сечении валы и оси могут быть сплошными (рис.16.2, а) или полыми (рис.16.2, б). Полыми валы изготавливают для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр.. По форме сечения - цилиндрическими (рис.16.2, а, б), со шпоночными (рис. 16.2, в) или шлицевыми (рис.16.2, г) канавками, а также профильными (рис.16.2, д).

При закреплении деталей на конических концах валов обязательно их поджатие и крепление в осевом направлении. В легконагруженных конструкциях для этого используют концевые (торцовые) шайбы и винты, а в более нагруженных конструкциях - гайки; винты и гайки стопорят от самоотвинчивания.

Осевую фиксацию с помощью штифта, установочного винта или стопорным пружинным кольцом применяют редко.

Если используют соединение с натягом, осевая фиксация обеспечивается силами трения за счет натяга. Если соединение не с натягом, деталь можно фиксировать на валу при помощи уступа (заплечика) с одной стороны, детали или втулки (гайки) с другой стороны. Если невозможно изготовить буртик на валу, применяют два полукольца или втулку.

3.4. Материалы и обработка валов и осей.

Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали. Для осей и валов, диаметры которых определяются, в основном, жесткостью, применяют углеродистые конструкционные стали Ст4, Ст5 без термообработки. В ответственных и тяжелонагруженных конструкциях (когда критерием является прочность) используют термически обрабатываемые средне-углеродистые и легированные стали 40, 45, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, ЗОХГТ, 30ХГСА и др. Валы из этих сталей в зависимости от решаемых задач подвергают улучшению (закалке с высоким отпуском) или поверхностной закалке (нагрев ТВЧ) с низким отпуском.

Быстроходные валы на опорах скольжения должны иметь весьма высокую твердость поверхности цапф; для этого их изготовляют из цементируемых сталей типа 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ или из азотируемых сталей типа 38Х2

Валы, работающие в коррозионной среде, изготовляют из нержавеющих сталей, титановых сплавов.

Для изготовления коленчатых валов и валов с большими фланцами наряду со сталью применяют высокопрочные (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны.

Прямые стальные валы и оси диаметром до 150 мм обычно изготовляют из проката; валы большего диаметра и сложной формы - из поковок. Полые валы целесообразно изготовлять из стальных труб стандартных размеров.

Валы и оси обычно подвергают токарной обработке в центрах и последующему шлифованию посадочных поверхностей (цапф, шеек, шипов) или шлифованию по всей поверхности (высоконапряженные валы).

В последнее время появилась конструкция полых валов из композитных материалов, получаемых намоткой.