Лекція " Вали та осі"

Лекція. ВАЛИ  ТА  ОСІ

План лекції:

1 Призначення валів і осей

2 Класифікація валів

3 Основні конструктивні елементи валів

4 Умови роботи, види відмов, матеріали валів

1 Призначення валів і осей

Вали та осі служать для закріплення насажених на них деталей і забезпечують геометричну вісь обертання цих деталей. При цьому вали сприймають сили, які діють на деталі, і передають їх на опори.

На відміну від валів осі не передають корисного обертального моменту і зазнають лише деформації згину, а вали – деформації як згину, так і кручення. Осі є окремим випадком валів і можуть бути рухомими та нерухомими, вали – лише рухомими.

2 Класифікація валів

Вали поділяють за конструкцією та формою на:

1) прямі (вивчаються в курсі деталей машин);

2) колінчасті (наприклад, для поршневих машин);

3) гнучкі (в зуболікувальному обладнанні, для спідометрів автомобілів).

Вали поділяють за формою поперечного перерізу на:

1) гладкі суцільного перерізу;

2) порожнисті (вали карданних передач, шпинделі токарних верстатів);

3) шліцьові.

Прямі вали поділяють на:

1) гладкі циліндричні (сталого перерізу);

2) ступінчасті;

3) вали-шестерні;

4) вали-черв'яки;

5) фланцеві.

Для з'єднання вузлів і агрегатів між собою (наприклад, у прокатному обладнанні, текстильних машинах) використо-вуються торсійні вали, які передають моменти і не несуть на собі ніяких закріплених деталей.

У ряді машин (дорожно-будівельні, прядильні) для передачі моменту від одного двигуна до декількох виконавчих органів застосовуються довгі складені вали, їх називають трансмісійними.

Вали редукторів і інших механізмів, як правило, є ступінчастими, що дає змогу:

1) наблизити форму вала до бруса однакового опору;

2) легко складати та розбирати деталі, посажені на вал;

3) виконувати осьову фіксацію деталей;

4) поділити та реалізувати технічні вимоги на виготовлення вала за поверхнями щодо точності та шорсткості.

3 Основні конструктивні елементи валів

Конструктивна форма будь-якого вала зумовлена:

1) розмірами та типом деталей, насажених на нього;

2) величиною і напрямом навантажень;

3) способами закріплення деталей на валах;

4) умовами складання та виготовлення.

Діаметри валів визначають з розрахунків на міцність, жорсткість, вібростійкість aбo за конструктивними міркуваннями, потім округлюють до стандартних значень.

Основні конструктивні елементи валів (рис. 1):

1 – галтель – плавний перехід із радіусом r (r > 0,1d) між двома циліндричними поверхнями з різними діаметрами (d < D);

2 – шпонковий паз, в який вставляють шпонку;

3 – кільцева проточка – канавка (за ГОСТ) для виходу різального інструмента, шліфувального круга тощо;

4 – конічна посадочна поверхня і різь (стандартні);

5 – цапфа – опорна поверхня вала;

6 – п'ята – опорна поверхня вала, яка сприймає лише осьову силу і взаємодіє з опорою – підп'ятником;

7 – центрові отвори, лиски, шліцьові пази, фаски та інші.

Усі ці елементи – це місця різкої зміни форми і зони максимального напруження в перерізі вала, тому їх називають концентраторами напружень.

Рисунок 1 – Прямий ступінчастий вал і його конструктивні елементи

4 Умови роботи, види відмов, матеріали валів

Вали сприймають сили з боку передач і зазнають складної деформації: згин, кручення, розтяг, стискання. У процесі роботи можливі поломки статичні та утомні, а також деформації неприпустимих значень.

У зв'язку з цим основними критеріями працездатності є міцність, жорсткість і вібростійкість. У валів, які працюють у парі з підшипниками ковзання, важливо забезпечити зносостійкість цапф.

Практикою встановлено, що руйнування валів і осей швидкохідних машин у більшості випадків має утомний характер, тому основним для валів є розрахунок на опір утоми. Крім того, їх розраховують на жорсткість і вібростійкість.

Для виготовлення валів (осей) використовують сталі вуглецеві (переважно 30, 40, 45 і 50) і леговані (40Х, 40ХН, 40ХНМА та ін.) у вигляді прокату або поковок. Вид термічної обробки – покращання. Вали, які працюють у парі з підшипни-ками ковзання, а також шліцьові вали виготовляють зі сталей марок 20Х, 20ХН із цементацією і подальшим загартовуванням.

Теми для додаткового самостійного вивчення

1. Розрахунки валів та осей на міцність, жорсткість, вібростійкість.

2. Конструктивні та технологічні способи підвищення опору утоми та жорсткості валів.

Література

1  Решетов Д. Н. Детали машин – М. : Машиностроение, 1989. – 496 с.

2 Иванов М. Н. Детали машин : учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. – М. : Высш.шк., 1991. – 383 с.

3 Иосилевич Г. Б. Детали машин. – М. : Машиностроение, 1988. – 368 с.

4 Заблонский К.И. Детали машин. – К.: Вища шк., 1985. –518с.