Класифікація валів і осей
Матеріали і обробка валів і осей.
Критерії працездатності і розрахунку валів і осей.
Розрахунки валів і осей.
Вали - це деталі, що служать для передачі крутного моменту вздовж своєї осі і утримання розташованих на них інших деталей (колеса, шківи, зірочки та інші деталі, що обертаються машин) і сприйняття діючих сил.
Осі - це деталі, які тільки утримують встановлені на них деталі і сприймають діючі на ці деталі сили (вісь не передати корисного крутного моменту).
Класифікація валів і осей
До л і з сек і ф і до а ц і я в а л про в групує останні по ряду ознак: за призначенням, за формою поперечного перерізу, за формою геометричної осі, по зовнішньому контуру поперечного перерізу, по відносній швидкості обертання і по розташуванню в вузлі.
За призначенням розрізняють:
вали передач. на яких встановлюють колеса, шківи, зірочки, муфти, підшипники і інші деталі передач. На рис. 11, а представлений трансмісійний вал, на рис. 11, б - вал передачі;
корінні вали (рис. 11.2 - шпиндель верстата), на яких встанов-ють не тільки деталі передач, а й робочі органи машини (шатуни, диски турбін і ін.).
За формою поперечного перерізу виготовляють:
порожнисті вали забезпечують зменшення ваги або розміщення всередині іншої деталі. У великосерійному виробництві застосовують порожнисті зварні вали з намотаною стрічки.
За формою геометричної осі виробляють:
а) постійного діаметра (рис. 11.3). Такі вали менш трудомісткі у виготовленні і створюють меншу концентрацію напружень;
б) ступінчасті (рис. 11.4). Виходячи з умови міцності доцільність-різному конструювати вали змінного перерізу, що наближаються за формою до тіл рівного опору. Ступінчаста форма зручна для виготовлення і збірки, уступи можуть сприймати великі осьові сили;
в) з фланцями. Довгі вали є складовими, з'єднаними фланцями;
г) з нарізаними шестернями (вал-шестерня);
колінчаті вали (рис. 11.5) в кривошипно-шатунних передачах служать для перетворення обертального руху в зворотно-поступальний або навпаки;
гнучкі вали (рис. 11.6), що представляють собою багатозахідні кручені з дротів пружини кручення, застосовують для передачі моменту між вузлами машин, міняють своє відносне положення в роботі (переносний інструмент, тахометр, стоматологічні бормашини і т. п.).
За зовнішнім обрису поперечного перерізу вали бувають:
За відносної швидкості обертання і по розташуванню в вузлі (редукторі) виробляють вали:
швидкохідні і вхідні (провідні) (поз. 1 рис. 11.7);
середньошвидкісні і проміжні (поз. 2 рис. 11.7);
тихохідні і вихідні (ведені) (поз. 3 рис. 11.7).
Мал. 11.2 Рис. 11.3
Мал. 11.7 Рис. 11.8
До л і з сек і ф і до а ц і я про з е й. Осі можуть бути нерухомими (рис. 11.8) і оберталися разом з насадженими на них деталями. Обертові осі забезпечують кращі умови роботи підшипників, нерухомі дешевше, але вимагають вмонтування підшипників в обертові на осях деталі.
Конструкції валів і осей. найбільш поширена ступінчаста форма вала. Деталі закріплюються на валах найчастіше шпонками призма-тическими (ГОСТ 23360-78, ГОСТ 10748-79), шлицами прямобочного (ГОСТ 1139-80) або евольвентними (ГОСТ 6033-80) або посадками з гаран-тувати натягом. Опорні частини валів і осей називаються цапфами. Проміжні цапфи іменуються шийками, кінцеві - шипами. Опорні ділянки, що сприймають осьове навантаження, називають п'ятами. Опорами для п'ят служать підп'ятники.
На рис. 11.9 наведені конструктивні елементи валів, де 1 - шпонка призматична, 2 - шліци, 3 - цапфа, 4 - п'ята, 5 - циліндрична поверхня, 6 - конічна поверхня, 7 - уступ, 8 - заплечик, 9 - канавка під сто порно кільце, 10 - різьбовій ділянку, 11 - жолобник, 12 - канавка, 13 - фаска, 14 - центровий отвір.
Цапфи валів і осей, що працюють в підшипниках кочення, майже завжди бувають циліндричними, а в підшипниках ковзання - циліндричними, конічними або сферичними (рис. 11.10.)
Основне застосування мають циліндричні цапфи (рис. 11.10, а. Б) як більш прості. Конічні цапфи з малої конусностью (рис. 11.10, в) застосовують для регулювання зазору в підшипниках і іноді для осьового фіксування вала. Сферичні цапфи (рис. 11.10, г) з огляду на труднощі їх виготовлення застосовують при необхідності компенсації значних кутових зсувів осі вала.
Посадочні поверхні під маточини різних деталей (по ГОСТ 6536-69 з нормального ряду), посаджених на вал, і кінцеві ділянки валів виконують циліндричними (поз. 5 рис. 11.9, ГОСТ 12080-72) або конічни-кими (поз. 6 рис. 1.9, ГОСТ 12081-72). Конічні поверхні застосовують для забезпечення швидкознімне і заданого натягу, підвищення точності центрування деталей.
Для осьового фіксування деталей і самого вала використовують уступи (поз. 7 рис. 11.9) і заплечики вала (поз. 8 рис. 11.9, ГОСТ 20226-74), коні-етичні ділянки вала, стопорні кільця (поз. 9 рис. 11.9, ГОСТ 13940-86, ГОСТ 13942-86) і різьбові ділянки (поз. 10 рис. 11.9) під гайки (ГОСТ 11871-80).
Перехідні ділянки від однієї ділянки вала до іншого і торці валів виконують з канавками (поз. 12 рис. 11.9, рис. 11.11, ГОСТ 8820-69), фасками (поз. 13 рис. 11.9, ГОСТ 10948-65) і галтелями. Радіус R галтелі постійного радіуса (рис. 11.11, а) вибирають менше радіуса заокруглення або радіального розміру фаски посаджених деталей. Бажано, щоб радіус заокруглення в сільнонапряженних валах був більше або дорівнює 0,1d. Радіуси жолобників рекомендується брати можливо великими для зменшення концентрації навантаження. Коли радіус галтелі сильно обмежується радіу-сом заокруглення крайок посаджених деталей, ставлять дистанційні кільця. Жолобники спеціальної еліптичної форми і з поднутреніем або частіше галтелі, окреслює двома радіусами кривизни (рис. 11.11, б), застосовують при переході галтелі в щабель меншого діаметра (дає можливість збільшення радіусу в зоні переходу).
Застосування канавок (рис. 11.11, в) може бути рекомендовано для невідповідальних деталей, так як вони викликають значну концентрацію напружень і знижують міцність валів при змінних напругах. Канавки застосовуються для виходу шліфувальних кругів (істотно підвищують їх стійкість при обробці), а також на кінцях ділянок з різьбленням для виходу резьбонарезного інструменту. Канавки повинні мати максимально можливі радіуси заокруглень.
Торці валів, щоб уникнути обмятій і пошкодження рук робітників, для полегшення насадки деталей виконують з фасками.
Механічну обробку валів виробляють в центрах, тому на торцях валів слід передбачити центрові отвори (поз. 14 рис. 11.9, ГОСТ 14034-74).
Довжина осей зазвичай не перевищує 3 м, довжина цільних валів по усло-виям виготовлення, транспортування та монтажу не повинна перевищувати 6 м.