Вали і осі 2

План 1. Призначення. 2. Класифікація. 3. Конструктивні елементи валів і осей. 4. Матеріали і термообробка. 5. Розрахунки валів і осей.

Вали - деталі, призначені для передачі крутного моменту вздовж своєї осі і для підтримки обертових деталей машин. Вал сприймає сили, що діють на деталі, і передає їх на опори. При роботі вал відчуває вигин і кручення.

Осі призначені для підтримки обертових деталей, корисного крутного моменту не передають. Осі не відчувають кручення. Осі можуть бути нерухомі і обертаються.

а) вали передач, що несуть деталі передач - муфти, зубчасті колеса, шківи, ​​зірочки;

б) корінні вали машин;

в) інші спеціальні вали, що несуть робочі органи машин або знарядь - колеса або диски турбін, кривошипи, інструменти і т.д.

За конструкцією і формою:

Прямі вали поділяються на:

а) гладкі циліндричні;

в) вали - шестірні, вали - черв'яки;

За формою поперечного перерізу:

а) гладкі суцільного перетину;

б) пустотілі (для розміщення співвісного вала, деталей управління, подачі масла, охолодження);

Осі поділяють на обертові, що забезпечують кращу роботу підшипників, і нерухомі, що вимагають вмонтування підшипників в обертові деталі,

Конструктивні елементи валів і осей

Опорна частина вала або осі називається цапфою. Кінцева цапфа називається шипом. а проміжна - шийкою.

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 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. Змінність радіуса кривизни галтелі підвищує несучу здатність вала на 10%. Жолобники з подвнутреніем збільшують довжину базування маточин.

Підвищення міцності валів у перехідних перетинах досягається також видаленням малонапряженний матеріалу: виконанням розвантажувальних канавок і висвердлюванням отворів в ступенях великого діаметру. Ці заходи забезпечують більш рівномірний розподіл напружень і знижують концентрацію напружень

Форма вала по довжині визначається розподілом навантажень, тобто епюрами изгибающих і крутять моментів, умовами зборки і технологією виготовлення. Перехідні ділянки валів між ступенями різних діаметрів нерідко виконують з напівкруглої канавкою для виходу шліфувального круга.

'Горяни валів для полегшення насадки деталей, щоб уникнути обмятій і пошкодження рук робітників виконують з фасками.

Матеріали і термообробка

Вибір матеріалу і термічної обробки валів і осей визначається критеріями їх працездатності.

Основними матеріалами для валів і осей служать вуглецеві і леговані стали завдяки високим механічним характеристикам, здатності до зміцнення і легкості отримання циліндричних заготовок прокаткою.

Для більшості валів застосовують середньовуглецеві і леговані стали 45, 40Х. Для високонапряженних валів відповідальних машин застосовують, леговані сталі 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ, 30ХГСА і ін. Вали з цих сталей зазвичай піддають поліпшенню, загартуванню з високим відпусткою або поверхневому загартуванню з нагріванням ТВЧ і низьким відпусткою.

Для виготовлення фасонних валів - колінчастих, з великими фланцями і отворами - і важких валів поряд зі сталлю застосовують високоміцні чавуни (з кулястим графітом) і модифіковані чавуни.

Розрахунок валів і осей

Вали відчувають дію напруг вигину і крутіння, осі - тільки вигину.

В процесі роботи вали відчувають значні навантаження, тому для визначення оптимальних геометричних розмірів необхідно виконати комплекс розрахунків, що включає в себе визначення:

- жорсткості при згині і крученні.

При високих швидкостях обертання необхідно визначати частоти власних коливань вала для того, щоб запобігти попаданню в резонансні зони. Довгі вали перевіряють на стійкість.

Розрахунок валів проводиться в кілька етапів.

Для виконання розрахунку валу необхідно знати його конструкцію (місця докладання навантаження, розташування опор і т.п.) У той же час розробка конструкції валу неможлива без хоча б наближеної оцінки його діаметра. На практиці зазвичай використовують наступний порядок розрахунку вала:

1. Попередньо оцінюють середній діаметр з розрахунку тільки на крутіння при знижених допускаються напругах (вигинає момент поки не відомий, тому що невідомі розташування опор і місця прикладання навантажень).

Де Wp- момент опору перерізу, мм.

Попередньо оцінити діаметр вала можна також орієнтуючись на діаметр того валу, з яким він з'єднується, (вали передають однаковий момент Т). Наприклад, якщо вал з'єднується з валом електродвигуна (або іншої машини) то діаметр його вхідного кінця можна прийняти рівним або близьким до діаметра вихідного кінця вала електродвигуна.

2.Основні розрахунок вала.

Після оцінки діаметра вала розробляють його конструкцію. Довжину ділянок вала, а, отже, плече прикладання сили візьмемо з компонування. Припустимо, що нам потрібно розрахувати діаметр вала, на якому сидить косозубая шестерня. Викреслити схему навантажень вала. Для цього валу, враховуючи нахил зубів шестерні і напрямок моменту Т, ліву опору замінюємо шарнірно-нерухомою, а праву - шарнірно-під-Віжн. Розрахункові навантаження розглядають зазвичай як зосереджені, хоча дійсні навантаження не є зосередженими, вони розподілені по довжині маточини, ширині підшипника. У нашому прикладі вал навантажений силами Ft, Fa. Fr, діючими в полюсі зачеплення і обертовим моментом Т. Осьова сила Fa дає в вертикальній площині момент

Основний розрахунок валів і осей полягає в побудові епюр згинальних моментів у горизонтальній і вертикальній площинах, побудові епюри результуючих моментів, епюри крутних моментів, епюри еквівалентних моментів, визначенні небезпечних перетинів.

3 етап розрахунку - перевірочний розрахунок полягає у визначенні коефіцієнта запасу міцності в небезпечних перетинах

- коефіцієнти запасу міцності по нормальних і дотичних напруг