Валы и оси. Подшипники

Валы и оси

Детали, на которые насажены вращающиеся детали и узлы (зубчатые колеса, шкивы, катки, муфты и т.п.) называются осями или валами. Оси и валы различаются между собой по условиям работы.

Оси, несущие на себе вращающиеся части механизма (машины), не испытывают кручения и могут подвергаться изгибу и растяжению (сжатию).  

По конструкции оси можно разделить на две группы:

• оси, которые вращаются вместе с насаженными на них деталями. В качестве примеров можно привести оси колес вагонов или полуоси автомобилей; - неподвижные оси, на которых установлены вращающиеся детали.

[pic 1]           [pic 2] 

Валы передают момент и работают не только на изгиб, растяжение (сжатие), но и на кручение. 

Валы по конструкции делятся на валы

• с прямой осью

   [pic 3]                                [pic 4] гладкий вал         ступенчатый вал

         Для удобства сборки имеет несколько участков, отличающихся величиной диаметров 

• коленчатые  

 [pic 5] 

-гибкие валы с изменяемой геометрической осью

[pic 6]                [pic 7] 

Гибкие валы изготавливают из нескольких слоев проволоки, плотно намотанных на сердечник, причем каждый слой имеет противоположное направление навивки.

Направление навивки наружного слоя противоположно тому, которое должен иметь вал при работе, чтобы проволока не раскручивалась, и чтобы при вращении вала внутренние слои уплотнялись. Броня, покрывающая гибкий вал, вместе с ним не вращается. Она обеспечивает заданное направление, защищает его от повреждений, удерживает на нем консистенцию смазки и предохраняет работающих от захвата валом.

[pic 8]     

Применяются для передачи движения между деталями, расположенными так, что жесткую связь нельзя осуществить.

Сфера применения: вибрационная машина, автомобиль, мотоцикл, счетчик, счетчик оборотов, электрический инструмент, садовая машина, косилка и разные виды машин 

                 [pic 9][pic 10]

Шлифовальная машина с гибким валом                        Точильный станок с гибким валом

Сопряжение участков вала различных диаметров осуществляют плавным переходом – галтелью (с радиусом R) для уменьшения напряжений (концентрации напряжений). 1 и 2 – буртики (или заплечики).

[pic 11]                [pic 12]

В местах установки подшипников, зубчатых колёс и т.п. на валах предусматривают канавки специальной формы (выносной элемент I).

[pic 13]              [pic 14] 

Такая канавка для выхода шлифовального круга нужна, чтобы при шлифовании не оставался необработанным участок возле буртика (заплечика) на валу.

Оси и валы изготавливают из углеродистой стали марок Ст5, 35, 40, 45 и легированной стали марок 40Х, 30ХГТ и т.д.

Оси и валы рассчитывают на прочность (выносливость), жесткость как стержни круглого поперечного сечения, работающие на изгиб, растяжение (сжатие), а для валов – еще и на кручение.

Проектный расчет валов. Выбор размеров

В результате проектного расчета вала определяют его материал и размеры.

Расчет каждого вала начинают с нахождения минимального диаметра dmin по известному вращающему моменту Т из условия прочности на кручение. Изгиб вала пока не учитывают, так как не известны длины отдельных участков вала и, следовательно, нельзя определить изгибающие моменты.  

Условие прочности вала на кручение

Mк к         [pic 15]  [к]

Wp

где Мк – крутящий момент, Нмм; Wp =  d3/16 – полярный момент сопротивления круглого сечения; d – диаметр вала в месте установки детали, мм; [к] = 20 – 40 МПа – допускаемое напряжение, которое уменьшено по сравнению с возможными значениями.