Валы и оси / Лекция 10_Валы и оси

Валы и штоки* – группа деталей, предназначенных для передачи движения между частями машин (систем) и/или их взаимной фиксации. При этом характеристики движения не меняются. Функциональным параметром служит передаваемая или воспринимаемая нагрузка: крутящий Т и изгибающий М моменты, осевое усилие Fa.

2

Прямые валы просты в изготовлении и поэтому наиболее распространены. Эксцентриковые валы применяют при необходимости преобразования возвратнопоступательного движения во вращательное или наоборот, и по функциям подобны кривошипам, например, кривошипно-ползунных механизмов. При большой величине эксцентриситета валы выполняют как коленчатые (как, например, в двигателях внутреннего сгорания).

Возможны гладкая, ступенчатая и комбинированная формы прямых валов, назначаемые конструктором.

Гладкие валы имеют постоянный по длине номинальный диаметр. Такая форма позволяет существенно сблизить размеры заготовки и готовой детали, т.е. снизить отходы материала и сократить время обработки, избежать концентрации напряжений в местах изменений диаметров. Различный характер сопряжений участков вала с сажаемыми на него деталями (например, колесами) достигается либо изменением положения полей допусков отверстий деталей при постоянном допуске вала (выбором системы вала), либо назначением соответствующих допусков на участки вала (в системе отверстия). Выбор системы определяется технологической целесообразностью (удобством изготовления и сборки). Длины участков с разными допусками задаются приближенно, а на чертежах валов наносятся их границы.

3

Ступенчатые валы состоят из участков разных размеров. Количество и размеры ступенек определяются условиями удобства сборки или равнопрочности.

Удобство сборки базируется на монотонности изменения диаметров ступенек: при продвижении от торца вала вдоль его оси посадочные диаметры должны возрастать так, чтобы каждая очередная сопрягаемая деталь свободно проходила по валу до своей посадочной поверхности. Поскольку сборка может осуществляться с двух сторон, то допустим рост значений диаметров навстречу друг другу (d1< d2< d3, d4< d3).

Наличие буртиков упрощает осевую фиксацию собираемых деталей при сборке и облегчает передачу осевых нагрузок.

В большинстве устройств распределение внутренних силовых факторов (форма эпюр) по длине вала неравномерно. Следовательно, по условию равнопрочности, диаметры вала по его длине тоже должны быть различны. В общем случае равнопрочный вал имеет криволинейную форму, что обеспечивает минимум массы вала, но сложно в изготовлении и сборке. Часто криволинейную форму заменяют более технологичной ступенчатой цилиндрической.

4

Комбинированные валы совмещают функции элементов передач и валов и изготавливаются в виде единой детали, например, валы-шестерни или валы-червяки. Недостатком этих конструкций являются повышенные отходы материала и сложность изготовления, однако упрощается сборка и повышается точность такого узла.

Валы в поперечном сечении могут выполняться сплошными и полыми.

Внутренние полости получают удалением материала из малонагруженных зон валов, как правило располагающихся вдоль оси. Полые валы легче сплошных, передающих те же нагрузки, но более трудоемки при изготовлении. В ряде случаев в полостях (или в углублениях с торцев валов) удается разместить другие детали и сделать изделие в более компактным.

Полый вал с отношением диаметра отверстия к наружному диаметру 0.75 легче сплошного равнопрочного почти в 2 раза.

сплошные

полые

Цапфы валов для подшипников качения характеризуются меньшей длиной, чем цапфы для подшипников скольжения. Исключение составляют конструкции с двумя подшипниками качения в опоре.

Как правило цапфы цилиндрические. В редких случаях применяют конический цапфы с малыми углами конусности – для регулирования зазоров в подшипниках упругим деформированием колец. Цапфы для подшипников качения нередко выполняют с резьбой или другими средствами (выточки для фиксации стопорных колец) для закрепления подшипников качения.

7

Посадочные поверхности под ступицы деталей, насаживаемых на вал, выполняют цилиндрическими или коническими.

Основное применение имеют цилиндрические поверхности как более простые. Конические поверхности применяют:

-для облегчения постановки на вал и снятия с него тяжелых деталей; - для обеспечения заданного натяга; -для быстрой смены деталей типа сменных шестерен;

-для повышения точности центрирования деталей.

Осевые нагрузки с насаженных на вал деталей передаются на корпус следующими способами:

1) тяжелые нагрузки – упором деталей в уступы на валу, посадкой деталей с натягом (рис. а,б);

2) средние нагрузки – гайками, штифтами (рис. в,г);

3) легкие нагрузки (и предохранение от перемещений случайными силами) – стопорными винтами, клеммовыми соединениями, пружинными кольцами (рис. д,е,ж).

8

Способы осевой фиксации деталей (цилиндрические поверхности)

В силу технологичности наиболее распространена цилиндрическая форма участков валов и штоков. Их основные геометрические параметры – диаметры и длины участков. Обычно эти величины округляют до значений из рядов нормальных линейных размеров.

На выбор величин диаметров также существенно влияет способ осевой фиксации посаженных деталей:

а) при использовании гладкого вала одно из колес фиксируется в осевом направлении посадкой с натягом. Осевое положение остальных колес определяется дистанционными (распорными) втулками, которые также и фиксируют (но односторонне) эти колеса; б) на ступенчатых валах осевая фиксация колес достигается посадкой одного из них на

коническую поверхность или упором его торца в буртик вала (на рис. б он обозначен как А). Высота буртика tб должна превышать сумму размеров фасок на отверстие в колесе и грань буртика так, чтобы создавалась достаточная по прочности опорная поверхность. И, следовательно, перепад диаметров соседних участков вала составляет (рис.б, второй и третий справа участки): (d3 –d2) / 2 = tб ;

колесо втулка колесо

9