Осі і вали - студопедія

Вал призначений для підтримки розміщених на ньому зубчастих коліс, шківів, зірочок та інших деталей машин, а також для передачі крутного моменту. Деякі вали (гнучкі, карданні, торсіонні) не підтримують деталі, що обертаються. При роботі вал відчуває вигин і кручення, а іноді додатково розтягування і стиснення. Ось призначена лише для підтримки розміщених на ній деталей і піддається тільки вигину. На відміну від вала вісь не передати крутний момент. Осі можуть бути нерухомими або обертовими

За геометричною формою вали бувають прямі, колінчаті і гнучкі.

За формою перетину розрізняють: циліндричні вали суцільного перетину, циліндричні порожнисті, шліцьові і з нарізаними зубами.

За конструкцією вали бувають постійного діаметра і ступінчасті. Вали постійного діаметра мають підвищену міцність через відсутність концентраторів напружень. Ступінчасті вали більш поширені, тому що забезпечують більш зручну збірку і фіксацію деталей.

Вали, які крім деталей передач несуть робочі органи машини, називаються корінними. Корінний вал верстатів з обертовим рухом інструменту або виробу називається шпинделем. Вал, що розподіляє механічну енергію по окремих робочих машин, називається трансмісійним. В окремих випадках вали виготовляють як одне ціле з циліндричної або конічної шестернею (вал-шестерня) або з черв'яком (вал-черв'як).

Обертові осі, як і вали, встановлюються в підшипниках. Прикладом обертових осей можуть служити осі залізничного рухомого складу, прикладом невращающихся - осі передніх коліс автомобіля.

Обертові осі навіть при незмінній зовнішньої навантаженні працюють у важких умовах циклічно змінюється напруженого стану, але вони зручні в експлуатації, так як припускають застосування нормальних (виносних) підшипників.

Нерухомі осі зазвичай працюють в більш сприятливих умовах при постійних або мало змінюються напружених, але для них потрібні більш складні і менш зручні в експлуатації підшипники, вбудовані в насаджуються на осі деталі.

Навантаження, що сприймаються осями і валами, передаються на корпус або станини машини через опорні пристрої - підшипники. Опорні частини вала або осі називаються цапфами. Вони підрозділяються на шипи, шийки і п'яти (рис. 12.2).

Шипом називається цапфа, розташована наконце вала або осі і передає переважно радіальне навантаження

Мал. 12.2. елементи вала

Шийкою називається цапфа, розташована в середній частині вала або осі. П'ятої називають цапфу, що передає осьову навантаження. За формою цапфи можуть бути циліндричними, конічними, кульовими і плоскими (п'яти). Шипи і шийки вала спираються на підшипники, опорною частиною для п'яти є

підп'ятник. Кільцевий потовщення валу, що становить з ним одне ціле, називається буртиком. Перехідна поверхня від одного перерізу до другого, що служить для упору посаджених на вал деталей, називається заплечиком.

Для зменшення концентрації напружень і підвищення міцності переходи в місцях зміни діаметра вала або осі роблять плавними. Криволінійну поверхню плавного переходу від меншого перетину до більшого називають жолобник. Жолобники бувають постійної і змінної кривизни. Галтель вала, поглиблену за плоску частину заплечика, називають поднутреніем.

Перехідні ділянки валів між сусідніми ступенями різних діаметрів нерідко виконують з напівкруглої канавкою для виходу шліфувального круга. Торці осей і валів і їх ступенів виконують з конусними фасками. Шпонкові канавки по довжині вала слід розташовувати по одній лінії. Це спрощує фрезерування канавок і технологію складання вузла.

Проектний розрахунок проводиться тільки на крутіння, причому для компенсації напруг вигину та інших неврахованих факторів приймають значно знижені значення допустимих напружень кручення, наприклад для вихідних ділянок валів редукторів [tк] = (0.025 - 0.03) # 963; ст. де # 963; в - тимчасовий опір матеріалу вала. Тоді діаметр вала визначиться як де Тк - крутний момент, що виникає в розрахунковому перерізі вала і звичайно чисельно рівний переданому обертального моменту Т; - допустиме напруження на кручення.

Для валів зі сталей Ст5, Ст6, 45 приймають: при визначенні діаметра вихідного кінця = 20-25 МПа; при визначенні діаметра проміжного вала під шестірнею = 10-20 МПа. Отримане значення діаметра округлюють до найближчого стандартного.

При проектуванні редукторів діаметр вихідного кінця швидкохідного вала часто приймають рівним (або майже рівним) діаметру вала електродвигуна, з яким він буде з'єднаний муфтою.

Після встановлення діаметра вихідного кінця вала призначається діаметр цапф вала (трохи більше діаметра вихідного кінця) і проводиться підбір підшипників. Діаметр посадочних поверхонь валів під маточини посаджених деталей для зручності складання приймають більше діаметрів сусідніх ділянок. В результаті цього ступінчастий вал за формою виявляється близький до бруса рівного опору.

Після розробки конструкції вала і компонування вузла виконують перевірочні розрахунки, основним з яких є розрахунок на опір втоми, що доповнюється в деяких випадках розрахунками на статичну міцність, жорсткість і коливання.