5.4. Прямые круглые валы

Для изготовления круглых валов при­меняются углеродистые и легированные стали различных ма­рок. Валы могут подвергаться термической и термохимической об­работке.

Валы служат для закрепления на них вращающихся вместе с валами деталей. Форма вала и его конструкция определяются величи­ной и расположением на валу деталей, величиной и расположением действующих сил, условиями обработки и сборки узла, в состав ко­торого входит данный вал. Для облегчения сборки вала со всей системой деталей он часто выполняется ступенчатым. Типичная фор­ма вала показана на рис. 98.

Рис. 98

Здесь d₁ ,l₁ – диаметр и длина выходного конца вала, которым он соединяется с валом двигателя или рабочей машины (испол­нительного механизма); d₂, l₂ – диаметр и длина места под подшипник ; d₃, l₃ – диаметр и длина участка вала, на который сажается рабочая деталь (например, зубчатое колесо).

Расчет вала на прочность. Предварительный наименьший ди­аметр вала (выходного конца) может быть определен упрощенным расчетом на кручение передаваемым крутящим моментом .

.

Полученное значение нужно увеличить на 25–50%, имея в виду ослабление его шпоночными пазами, нужными для крепления деталей на валу. По полученным из предварительного расчета раз­мерам, следует разработать конструкцию вала co всеми подробнос­тями и затем сделать полный расчет вала на совместное действие кручения и изгиба, определив расчетные диаметры в опасных сече­ниях и сравнить их с конструктивными, либо, определив действи­тельные напряжения, сравнить их с допустимыми. На основании рас­четов вносятся изменения в конструкцию вала.

Расчет на сложное сопротивление можно делать по формуле

, .

Может быть рекомендована для расчета и такая формула

для случая, когда изгиб происходит по симметричному циклу и Т=const, , _Т и _-1 – пределы текучести и усталости материала вала, К  1,5–1,8.

В некоторых случаях валы проверяются на жесткость (прогиб), так как при значительных деформациях изгиба ухудшается работа под­шипников и деталей, сидящих на валу. Прогиб вала, если нет специ­альных ограничений, не должен превышать 0,0003 его длины.

5.5. Подшипники качения4

Шариковые и роликовые подшипники являются в современном машино­строении основным видом опор валов. Только в специальных случаях применяются подшипники скольжения. При массовом производстве подшипников качения обеспечивается высокая точность изготовления при относительно небольшой их стоимости. Обширный сортамент выпускаемых подшипников позволяет выбрать опоры самого различного назначения для валов диаметром от долей миллиметра до полутора метров.

Признаки, определяющие тип подшипника:

1. Способность воспри­нимать нагрузку преимущественно того или иного направления. Для восприятия нагрузок, перпендикулярных оси вала R предназначены радиальные подшипники; некоторые типы их могут воспринимать также небольшие осевые нагрузки (А). Радиально-упорные подшипники приспособлены для восприятия комбинированных нагрузок (R и A). Есть и другие типы подшипников.

Рис. 99

Рис. 100

Рис. 101

2. Форма тел качения: шарики и ролики различной конфигурации (соответственно шариковые и ро­ликовые подшипники). На рис. 99 дана схема нагруженного вала и его опор-подшипников, а на рис. 100 – схема и кон­струкция радиального под­шипника (1 – внутреннее кольцо, которым подшипник с адится на вал; 2 – наружное кольцо, которым подшипник садится в корпус машины; 3 – тела качения – шарики; 4 – сепаратор, обеспе­чивающий равномерное распределение шаров по окружности). На рис. 101 показан шариковый двухрядный сферический подшип­ник, часто применяемый в качестве опор валов.

Подшипники разрушается вследствие контактного поверхностного усталостного выкрашивания. Контактные напряжения для шариковых подшипников, изготавливаемых из хромистых сталей марок ШХ15, дос­тигают 5000 МПа.

Выбор подшипников. Подшипники ОСТированы и выбираются из ка­талога по диаметру вала d_n, приведенной нагрузке на подшипник Q и расчетному ресурсу L (в миллионах оборотов или в часах). Опре­деляется так называемая расчетная динамическая грузоподъемность подшипника

,

где а = 3 для шариковых и 3,33 – для роликовых подшипников. При подборе должно соблюдаться условие

,

С_табл – динамическая грузоподъемность по каталогу.

Если подшипник принят по конструктивным соображениям, то расчетом проверяют его рабочий ресурс в часах

где Q – приведенная нагрузка при постоянном режиме работы или эквивалентная – при пере­менном, n – число оборотов в минуту вращающегося кольца подшип­ника.

Смазка подшипников качения. Смазка подшипников качения нужна, чтобы: 1) помочь отведению тепла (тепло выделяется от трения сколь­жения шаров о сепаратор и при деформации элементов подшипника вследствие явления гистерезиса); 2) препятствовать коррозии поверхностей подшипника; 3) помочь уплотняющим устройствам защитить подшипник от попадания посторонних включений.

Подшипники могут смазываться жидкой или густой (консистентной) смазкой.

Чтобы в подшипник не проникала пыль и посторонние частицы, их защищают уплотнениями. Имеется несколько типов уплотнений. Наибо­лее просты и употребительны войлочные (сальниковые) уплотнения. Уплотнения ОСТированы.