Головна > Планування > Ось у механізмі. Вали та осі загальні відомості. Висновки щодо проекту


Ось у механізмі. Вали та осі загальні відомості. Висновки щодо проекту




19.11.2015

Валиі осівикористовуються у машинобудуванні для фіксації різних тіл обертання (це можуть бути шестірні, шківи, ​​ротори та інші елементи, що встановлюються в механізмах).

Є принципова відмінність валів від осей: перші здійснюють передачу моменту сили, створюваного обертанням деталей, а другі відчувають напругу вигину під впливом зовнішніх сил. При цьому вали завжди є елементом механізму, що крутиться, а осі можуть бути як обертовими, так і нерухомими.

З точки зору металообробки вали та осі – це металеві деталі, які найчастіше мають круглий поперечний переріз.

Види валів

Вали різняться між собою за конструкцією осі. Виділяють такі види валів:

  • прямі. Конструктивно не відрізняються від осей. У свою чергу, розрізняють гладкі, східчасті та фасонні прямі вали та осі. Найчастіше у машинобудуванні використовуються ступінчасті вали, які відрізняє простота установки на механізми.
  • колінчасті, що складаються з кількох колін і корінних шийок, які спираються на підшипники. Складають елемент кривошипно-шатунного механізму. Принцип дії полягає в перетворенні зворотно-поступального руху на обертальний, або навпаки.
  • гнучкі (ексцентрикові). Застосовуються передачі моменту обертання між валами зі зміщеними осями обертання.

Виробництво валів та осей – один з найбільш динамічних напрямків у металургійній промисловості. На основі цих елементів одержують такі вироби:

  1. елементи передачі обертального моменту (деталі шпонки, шліци, з'єднань з натягом і т.д.);
  2. опорні підшипники (кочення або ковзання);
  3. ущільнення кінців валів;
  4. елементи, що регулюють вузли передачі та опори;
  5. елементи осьової фіксації лопаток роторів;
  6. жолобники переходу між елементами різного діаметра в конструкції.

Вихідні кінці валів мають форму циліндра або конуса, що з'єднуються за допомогою муфт, шківів, зірочок.

Вали та осі також можуть бути порожніми та суцільними. Усередині порожнистих валів можуть бути вмонтовані інші деталі, крім того, вони можуть застосовуватись для полегшення загальної ваги конструкції.

Функцію осьових фіксаторів, що встановлюються на вал деталей, виконують щаблі (бурти), розпірні втулки зі знімною віссю, кільця, пружинні упорні кільця підшипників.

Підприємство "Електромаш" здійснює виготовлення цієї продукції на виробничому майданчику, оснащеному найсучаснішим обладнанням. У нас ви можете купити вали та осібудь-якого типу на замовлення.

Рейтинг: 3.02

Перш ніж розбиратися, чим відрізняються між собою вал і вісь, слід мати чітке уявлення про те, що, власне, є деталями, для чого і де вони використовуються і які функції виконують. Отже, як відомо, вали та осі призначені для утримання на них деталей, що обертаються.

ВизначенняВал

- це деталь механізму, що має форму стрижня і службовця передачі на інші деталі цього механізму крутного моменту, тим самим створюючи загальний обертальний рух всіх розташованих на ньому (на валу) деталей: шківів, ексцентриків, коліс та ін.Ось


- це деталь механізму, призначена для з'єднання та скріплення між собою деталей даного механізму. Вісь приймає лише поперечні навантаження (напруга вигину). Осі бувають нерухомі і обертові.

Ось

Порівняння

Основна відмінність осі від валу полягає в тому, що вісь не здійснює передачу моменту, що крутить, на інші деталі. На неї впливають лише поперечні навантаження, і вона не відчувають сил кручення.

Вал, на відміну від осі, передає корисний момент, що крутить, деталям, які на ньому закріплені. Крім того, осі бувають як обертовими, так і нерухомими. Вал обертається завжди. Більшість валів можна розділити за геометричною формою осі на прямі, кривошипні (ексцентрикові) та гнучкі. Також бувають вали колінчасті або непрямі, які служать для перетворення зворотно-поступальних рухів у обертальні. Осі ж за своєю геометричною формою бувають лише прямими.

  1. Ось несе обертові частини механізму, не передаючи їм ніякого моменту, що крутить. Вал передає іншим деталям механізму корисний крутний момент, так зване зусилля, що обертається.
  2. Ось може бути як обертається, так і нерухомою. Вал буває тільки таким, що обертається.
  3. Вісь має лише пряму форму. Вал формою може бути прямим, непрямим (колінчастим), ексцентриковим і гнучким.

Вали та осі

П л а н л і к і

Загальні відомості.

Матеріали та обробка валів та осей.

Критерії працездатності та розрахунку валів та осей.

Розрахунки валів та осей.

Загальні відомості

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 машин, що обертаються) і сприйняття діючих сил.

Осі- Це деталі, які тільки утримують встановлені на них деталі і сприймають сили, що діють на ці деталі (вісь не передає корисного крутного моменту).

Класифікація валів та осей

Класифікація а л а л о в групує останні за рядом ознак: за призначенням, за формою поперечного перерізу, за формою геометричної осі, за зовнішнім обрисом поперечного перерізу, за відносною швидкістю обертання і за розташуванням у вузлі .

За призначенням розрізняють:

вали передачна яких встановлюють колеса, шківи, ​​зірочки, муфти, підшипники та інші деталі передач. На рис. 11, апредставлений трансмісійний вал, на рис. 11, б- Вал передачі;

корінні вали(Рис. 11.2 - шпиндель верстата), на яких встановлюють не тільки деталі передач, а й робочі органи машини (шатуни, диски турбін та ін).



За формою поперечного перерізу виготовляють:

суцільні вали;

порожні вализабезпечують зменшення ваги чи розміщення всередині іншої деталі. У великосерійному виробництві застосовують порожнисті зварені вали з намотаної стрічки.

За формою геометричної осі випускають:

прямі вали:

а) постійного діаметра(Рис. 11.3). Такі вали менш трудомісткі у виготовленні та створюють меншу концентрацію напруг;

б) східчасті(Рис. 11.4). Виходячи з умови міцності доцільно конструювати вали змінного перерізу, що наближаються формою до тіл рівного опору. Ступінчаста форма зручна для виготовлення та складання, уступи можуть сприймати великі осьові сили;

в) з фланцями.Довгі вали є складовими, з'єднаними фланцями;

г) з нарізаними шестернями(Вал-шестірня);

колінчасті вали(рис. 11.5) у кривошипно-шатунних передачах служать для перетворення обертального руху на зворотно-поступальне або навпаки;

гнучкі вали(рис. 11.6), що являють собою багатозахідні кручені з дротів пружини кручення, застосовують для передачі моменту між вузлами машин, що змінюють своє відносне положення в роботі (переносний інструмент, тахометр, зуболікарські бормашини тощо).

За зовнішнім контуром поперечного перерізу вали бувають:

гладкі;

шпонкові;

шліцеві;

профільні;

ексцентрикові.

За відносною швидкістю обертання та за розташуванням у вузлі (редукторі) виробляють вали:

швидкохідніі вхідні (провідні)(Поз. 1 Мал. 11.7);

середньошвидкісніі проміжні(Поз. 2 Мал. 11.7);

тихохідніі вихідні (відомі)(Поз. 3 Мал. 11.7).

Мал. 11.2 Мал. 11.3

Мал. 11.7 Мал. 11.8

Класифікація осей. Осі можуть бути нерухомими (рис. 11.8) і деталями, що обертаються разом з насадженими на них. Осі, що обертаються, забезпечують кращі умови роботи підшипників, нерухомі дешевше, але вимагають вбудовування підшипників у деталі, що обертаються на осях.

Конструкції валів та осей. найбільш поширена ступінчаста форма валу. Деталі закріплюються на валах найчастіше шпонками призматичними (ГОСТ 23360-78, ГОСТ 10748-79), шліцами прямобічними (ГОСТ 1139-80) або евольвентними (ГОСТ 6033-80) або посадками з гарантованим натяг. Опорні частини валів та осей називаються цапфами. Проміжні цапфи називаються шийками, кінцеві - шпильками. Опорні ділянки, що сприймають осьове навантаження, називають п'ятами. Опорами для п'ят служать підп'ятники.

На рис. 11.9 наведено конструктивні елементи валів, де 1 – шпонка призматична, 2 - шліци, 3 - цапфа, 4 - П'ята, 5 - Циліндрічна поверхня, 6 - Конічна поверхня, 7 - Уступ, 8 - Заплечик, 9 - канавка під стопорне кільце, 10 - різьбова ділянка, 11 - жолобник, 12 - канавка, 13 - Фаска, 14 – центровий отвір.

Цапфи валів та осей, що працюють у 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 простіші. Конічні цапфи з малою конусністю (рис. 11.10, в) застосовують для регулювання зазору в підшипниках та іноді для осьового фіксування валу. Сферичні цапфи (рис. 11.10, г) зважаючи на труднощі їх виготовлення застосовують при необхідності компенсації значних кутових зсувів осі валу.

а Б В Г

Посадкові поверхніпід маточини різних деталей (за ГОСТ 6536-69 з нормального ряду), що насаджуються на вал, і кінцеві ділянки валів виконують циліндричними (поз. 5 Мал. 11.9, ГОСТ 12080-72) або конічними (поз. 6 Мал. 1.9, ГОСТ 12081-72). Конічні поверхні застосовують для забезпечення швидкознімності та заданого натягу, підвищення точності центрування деталей.

Для осьового фіксування деталей та самого валу використовують уступи(Поз. 7 Мал. 11.9) та заплічикивалу (поз. 8 Мал. 11.9, ГОСТ 20226-74), конічні ділянки валу, стопорні кільця(Поз. 9 Мал. 11.9, ГОСТ 13940-86, ГОСТ 13942-86) та різьбові ділянки (поз. 10 Мал. 11.9) під гайки(ГОСТ 11871-80).

Перехідні ділянкивід однієї ділянки валу до іншої та торці валів виконують з канавками(Поз. 12 Мал. 11.9, рис. 11.11, ГОСТ 8820-69), фасками(Поз. 13 Мал. 11.9, ГОСТ 10948-65) та жолобниками. Радіус Rжолобники постійного радіусу (рис. 11.11, а) вибирають менше радіуса закруглення або радіального розміру фаски деталей, що насаджуються. Бажано, щоб радіус закруглення в сильнонапружених валах був більшим або дорівнює 0,1 d. Радіуси жолобників рекомендується брати якомога більшими для зменшення концентрації навантаження. Коли радіус галтелі сильно обмежується радіусом закруглення кромок насаджуваних деталей, ставлять дистанційні кільця. Галтелі спеціальної еліптичної форми та з піднутренням або частіше жолобники, що окреслюються двома радіусами кривизни (рис. 11.11, б), застосовують при переході жолобника в ступінь 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 напруги і знижують міцність валів при змінних напругах. Канавки застосовуються для виходу шліфувальних кругів (істотно підвищують їхню стійкість при обробці), а також на кінцях ділянок з різьбленням для виходу різьбонарізного інструменту. Канавки повинні мати максимально можливі закруглені радіуси.

а Б В

Торці валів, щоб уникнути обм'ят і пошкодження рук робітників, для полегшення насадки деталей виконують із фасками.

Механічну обробку валів роблять у центрах, тому на торцях валів слід передбачити центрові отвори (поз. 14 Мал. 11.9, ГОСТ 14034-74).

Довжина осей зазвичай не перевищує 3 м, довжина цілісних валів за умовами виготовлення, транспортування та монтажу не повинна перевищувати 6 м.

Деталі, що обертаються, машин встановлюють на валах або осях, що забезпечують постійне положення осі обертання цих деталей.

Вали - деталі, призначені для передачі крутного моменту вздовж своєї осі і для підтримки деталей машин, що обертаються.

Вали за призначенням можна поділити на вали передач, що несуть деталі передач – зубчасті колеса, шківи, ​​зірочки, муфти (мал. аі б), і на корінні валимашин та інші спеціальні вали, що несуть крім деталей передач робочі органи машин двигунів чи знарядь – колеса чи диски турбін, кривошипи, затискні патрони тощо (рис. , ві д)

За формою геометричної осі вали поділяють на прямі та колінчасті.

Осі– деталі, призначені для підтримки деталей, що обертаються і не передають корисного крутного моменту.

Мал. 12.1 Основні типи валів та осей:

а – гладкий трансмісійний вал; б – ступінчастий вал;

в – шпиндель верстата; г - вал парової турбіни; д - колінчастий вал;

е - вісь вагонна, що обертається; ж - вісь вагонетки, що не обертається.

Опорні частини валів та осей називають цапфами. Проміжні цапфи називають шийками, кінцеві – шипами.

Прямі вали по форміподіляють на вали постійного діаметра (вали трансмісійні та суднові багатопрогонові, рис. , а,а також вали, що передають тільки крутний момент); вали ступінчасті (більшість валів, рис. б-г); вали з фланцями для з'єднання по довжині, а також вали з нарізаними шестернями або хробаками. За формою перерізу вали поділяються на гладкі, шліцеві, що мають на деякій довжині профіль зубчастої (шліцевої) сполуки, та профільні.

Форма валу по довжинівизначається розподілом навантажень за довжиною.

Епюри моментів за довжиною валів, зазвичай, значно нерівномірні. Крутний момент зазвичай передається не на всій довжині валу. Епюри згинальних моментів зазвичай сходять до нуля до кінцевих опор або до кінців валів. Тому за умовою міцності допустимо і доцільно конструювати вали змінного перерізу, що наближаються до тіл рівного опору. Практично вали виконую ступінчастими. Ця форма зручна у виготовленні та складанні; уступи валів можуть приймати великі осьові сили.

Перепад діаметрів щаблів визначається: стандартними діаметрами посадкових поверхонь під маточини та підшипники, достатньою опорною поверхнею для сприйняття осьових сил при заданих радіусах заокруглення кромок та розмірах фасок і, нарешті, умовами збирання.

Цапфи(шийки) валів, що працюють у підшипниках ковзання, виконують: а) циліндричними; б) конічними; в) сферичними (рис.). Основне застосування мають циліндричні цапфи. Кінцеві цапфи для полегшення складання та фіксації валу в осьовому напрямку зазвичай роблять трохи меншого діаметру, ніж сусідня ділянка валу (рис.).

Цапфи валів для підшипників кочення характеризуються меншою довжиною, ніж цапфи для підшипників ковзання.

Цапфи для підшипників кочення нерідко виконують з різьбленням чи іншими засобами закріплення кілець.

Посадкові поверхніпід маточини деталей, що насаджуються на вал, виконують циліндричними або конічними. Основне застосування мають циліндричні поверхні як простіші у виготовленні.

Мал. 12.4 Конструктивні засоби підвищення витривалості

валів у місцях посадок: а – потовщення підступної чвсті валу;

б - закруглення кромок маточини; в – потонання маточини; г – розвантажувальні

канавки; д – втулки або заливки у маточині з матеріалу з низьким модулем

пружності.

Витривалість валіввизначається щодо малими обсягами металу у зонах значної концентрації напруг. Тому особливо ефективні спеціальні конструкторські та технологічні заходи щодо підвищення витривалості валів.

Конструктивні засоби підвищення витривалості валів у місцях посадок шляхом зменшення кромкових тисків показано на рис.

.

Зміцненням підступних частин поверхневою наклепом (обкаткою роликами або кульками) можна підвищити межу витривалості валів на 80 – 100%, причому цей ефект поширюється на вали діаметром до 500 – 600 мм.

Міцність валів у місцях шпонкових, зубчастих (шліцевих) та інших роз'ємних з'єднань зі маточкою може бути підвищена: застосуванням евольвентних шліцевих з'єднань; шліцевих з'єднань з внутрішнім діаметром, рівним діаметру валу на сусідніх ділянках, або з плавним виходом шліців на поверхню, що забезпечує мінімум концентрації напруги; шпонкових канавок, що виготовляються дисковою фрезою та мають плавний вихід на поверхню; безшпонкових з'єднань.Осьові навантаження

і вали від насаджених ними деталей передаються такими способами. (Мал.) а 1) важкі навантаження - упором деталей у уступи на валу, посадкою деталей або настановних кілець з натягом (рис. , і

б) 2) середні навантаження - гайками, штифтами безпосередньо або через настановні кільця, клемовими з'єднаннями (мал.

- д); 3) легкі навантаження та запобігання переміщенням випадковими силами – стопорними гвинтами безпосередньо або через настановні кільця, клемовими з'єднаннями, пружинними кільцями (мал.

ВАЛИ ТА ОСІ ПРИЗНАЧЕННЯ Вали та осі призначені для спрямування та підтримування в просторі обертових деталей (зубчасті колеса, шківи, ​​блоки, зірочки та ін.). Вони різняться між собою за умовами роботи. ВОСЬ не передає крутного моменту і працює тільки на вигин. Вона може бути обертається або нерухома. ВАЛ завжди обертається і завжди передає крутний момент, працює в основному на вигин та кручення. Деякі вали не підтримують деталі, що обертаються, і працюють тільки на кручення. Наприклад, карданні вали автомобілів, гнучкі вали в приводах механізованого інструменту і т.д.

ОСІ Конструкція вузла з віссю, що обертається: Конструкція вузла з нерухомою віссю: 1 - ходове колесо; 2 – шпонка; 3 – вісь; 4 – конічні роликопідшипники 1 – канатний блок; 2 – вісь; 3 – стопорні планки; 4 – обойма блоку

КОНСТРУКЦІЇ ХОДОВИХ КОЛІС КРАНІВ а - на нерухомій осі: 1 - колесо; 2 – вісь; 3 – зубчаста передача б – на осі, що обертається

ВАЛИ Механізм пересування крана з тихохідним трансмісійним валом: 1 – електродвигун; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – трансмісійний вал; 5 – гальмо. Карданний вал Вал редуктора

КЛАСИФІКАЦІЯ ВАЛІВ За формою поперечних перерізів валів а – циліндричне суцільне б – циліндричне порожнисте – зі шпонковою канавкою г – зі шліцевими канавками д – профільне

За призначенням Ø Вали передач – зубчасті колеса, що несуть, шківи, ​​зірочки та інші деталі. Ø Корінні вали - крім деталей передач несуть ще робочі органи машин або знарядь (диски турбін, затискні патрони токарних і розточувальних верстатів ін.) За формою геометричної осі Ø Прямі Ø Колінчасті - використовуються не тільки для передач моменту, що обертається, але і для перетворення зворотнопоступач у обертальне Ø Гнучкі, із змінною формою геометричної осі. Застосовуються в приводах, приладах, зуболікарських бурмашинах та ін.

ОПОРНІ ДІЛЯНКИ ВАЛІВ Вал 1 має велику кількість опор званих підшипниками 2. Частину валу, що охоплюється опорою, називають цапфою. Кінцеві цапфи називають шипами 3 а проміжні шийками 4.

ВИМОГИ ДО МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ВАЛІВ ü Високі характеристики міцності. ü Мала чутливість до концентрації напруг ü Здатність піддаватися термічній та хіміко-термічній обробці ü Хороша оброблюваність

МАТЕРІАЛИ І ТЕРМООБРОБКА ВАЛІВ Призначення валу Марка сталі Вид термообробки Малонавантажені вали та осі, діаметри яких в основному визначаються жорсткістю Вуглецеві сталі: Ст. 3, ст. 4, ст. 5 Без термообробки Вали та осі з підвищеними вимогами до несучої здатності шліців та цапф Середньовуглецеві та леговані сталі: 35, 40, 45, 40 Х, 40 Н та ін. Поліпшення до твердості Н=250… 320 НВ : - опори ковзання; - вал-шестірні Маловуглецеві конструкційні сталі: - якісні 15, 20; - леговані 15 Х, 20 Х, 18 ХГТ, 12 ХНЗА та ін. Цементація та загартування до твердості Н = 58 ... 63 НRc Важконавантажені вали Леговані сталі: 40 ХНМА, 18 ХГТ, 38 Х 2 МЮА та ін.

ВИДИ ПОШКОДЖЕНЬ ВАЛІВ Поломки валів у зоні концентрацій напруг. Виникають через зниження втомної міцності внаслідок дії змінних напруг. Причини – неправильний вибір конструктивної форми деталей (галтель), порушення технології виготовлення (надрізи, сліди обробки тощо), порушення норм технічної експлуатації (неправильне регулювання підшипників, зменшення необхідних зазорів). Найчастіше поломки відбуваються у зоні розташування концентраторів напруг (шпонкові пази, галтелі, отвори, напресування та ін.). Зминання робочих поверхонь (пазів, шпонок, шліців, зношування шліців у рухомих з'єднаннях та інші види поверхневих пошкоджень). Фрикційна корозія і концентрація тиску на ділянках, розташованих біля торців маточини (виникають передумови виникнення вогнищ втомного руйнування. Недостатня жорсткість валів і осей на вигин і кручення. Руйнування внаслідок поперечних або крутильних коливань.

КРИТЕРІЇ РОБОТОЗДАТНОСТІ ВАЛІВ Міцність Жорсткість Вібростійкість Зносостійкість Основним критерієм працездатності тихохідних валів є статична міцність

ТОЧКИ ОПОРИ ВАЛУ а – на радіальному підшипнику; б - на радіально-упорному підшипнику; у – на двох підшипниках в одній опорі; г – на підшипнику ковзання

СХЕМИ НАГРУДЖЕННЯ ВАЛУ. ЕПЮРИ ВИГНУЮЧИХ І ОБЕРТУЮЧИХ МОМЕНТІВ ЗА ГОСТ 16162 -85 для вхідних і вихідних валів одноступінчастих циліндричних і конічних редукторів і для швидкохідних валів редукторів будь-якого типу Для тихохідних валів дво- і триступінчастих редукторів, а також де-вхідних валів.

ПОРЯДОК РОЗРАХУНКУ ВАЛІВ НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ Складають розрахункову схему Визначають реакції опор у горизонтальній і вертикальній площинах Будують епюри згинальних моментів і епюри моменту, що крутить Геометрично підсумовують моменти Для небезпечних перерізів (де найбільші суміжні моменти). Так як вали працюють в умовах вигину та кручення, а напруги від осьових сил малі, то еквівалентна напруга в точці зовнішнього волокна згідно з енергетичною теорією міцності визначають за формулою де; - розрахункова напруга на вигин та кручення - осьовий та полярний моменти перерізу валу

РОЗРАХУНОК ВАЛІВ НА ВСТАЛИВУ міцність Виконують як перевірочний у формі визначення коефіцієнтів запасів міцності де S , S - коефіцієнти запасу міцності відповідно за напругою вигину і кручення; [s] = 2 ... 2, 5 - допустимий коефіцієнт запасу міцності. де σ-1 , -1 - межі витривалості матеріалу при згинанні та крученні; К D , K D - коефіцієнти концентрації напруги, що враховують вплив всіх факторів на опір втоми; а, а - амплітуди напруг; , - Коефіцієнти, що характеризують чутливість матеріалу до асиметрії циклу напруг; m, m - постійні складові циклу зміни напруг.

ХАРАКТЕР ЗМІНИ НАПРУГ У ВАЛАХ Симетричний цикл напруг Віднульовий цикл напруг Постійні за величиною і напрямом навантаження викликають у обертових валах змінні напруги вигину, що змінюються по симетричному циклу з амплітудою σа і середньою напругою σm