Валы, оси, шпоночные и шлицевые

СОЕДИНЕНИЯ, ПОДШИПНИКИ И МУФТЫ

Глава 8 ВАЛЫ И ОСИ

 

§ 1. Назначение, конструкция и материалы валов и осей

 

8.1. Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой ци­линдрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вра­щающего момента.

При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяже­ния (сжатия).

Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение.

Вал 7 (рис. 8.1) имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют ши­пами 3, а промежуточные — шейками 4.

Рис. 8.1. Прямой вал: 1 — вал; 2 — опоры вала; 3 — цапфы; 4 — шейка

8.2. Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания ус­тановленных на ней деталей.

В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).

Покажите на рис. 8.2 неподвижную и подвижную оси. Испытывает ли ось деформацию кручения?

Рис. 8.2. Конструкции осей:
а — вращающаяся ось; б — неподвижная ось

8.3. Классификация валов и осей.

По назначению валы делят на валы передач (на них устанавливают де­тали передач) и коренные валы (на них устанавливают дополнительно еще и рабочие органы машины).

Рис. 8.3. Типы валов: а — кривошипный вал: б — коленчатый вал; в — гибкий вал; г — теле­скопический вал; д — карданный вал

По геометрической форме валы делят на: прямые (см. рис. 8.1); криво­шипные (рис. 8.3, а); коленчатые (рис. 8.3, б); гибкие (рис. 8.3, <?); телеско­пические (рис. 8.3, г); карданные (рис. 8.3, д). Кривошипные и коленчатые валы используют для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневые двигатели) или наоборот (компрессоры); гиб­кие — для передачи вращающего момента между узлами машин, меняю­щими свое положение в работе (строительные механизмы, зубоврачебные машины и т. п.); телескопические — при необходимости осевого переме­щения одного вала относительно другого.

По конструктивным признакам: гладкие валы и оси (см. рис. 8.2); ступенчатые валы и оси (см. рис. 8.1); валы-шестерни (см. рис. 3.36; 3.46, в); валы-червяки (см. рис. 5.1, поз. 1).

По типу сечения валы и оси бывают; сплошные (см. рис. 8.2, а); полые (см. рис. 8.2, б); комбинированные (рис. 8.3, г).

8.4. Участки / осей и валов (рис. 8.4), которыми они опираются на подшипники при восприятии осевых нагрузок, называют

пятами. Опорами для пят служат подпятники 2. Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндриче­скими, коническими или шаровыми. Широкое распространение в маши­ностроении получили цилиндрические цапфы; конические и шаровые цап­фы применяют редко.

 

 

Рис. 8.4. Опора вертикального вала: / — пята; 2 — подпятник

 

Как называют цапфы, показанные на рис. 8.5?

Рис. 8.5

 

8.5. Переходные участки {галтели) между ступенями валов и осей вы­полняют для снижения концентрации напряжений и увеличения долговеч­ности.

Конструктивные разновидности переходных участков между ступенями валов и осей: канавка со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 8.6, а); галтель постоянного радиуса (рис. 8.6, б); галтель переменно­го радиуса (рис. 8.6, в).

Рис. 8.6. Конструктивные разновидности переходных участков вала: а — канавка; б — галтель; в — галтель переменного радиуса; г — фаска

 

Торцы валов и осей делают с фасками, т. е. слегка обтачивают их на конце (см. рис. 8.6, а, г). Посадочные поверхности валов и осей обрабаты­вают на токарных и шлифовальных станках.

Что называют галтелью?

8.6. Материалы валов и осей. В качестве материала для осей и валов чаще всего применяют углеродистые и легированные стали (прокат, поков­ка и реже стальные отливки), а также высокопрочный модифицированный

чугун и сплавы цветных металлов (в приборостроении). Для неответствен­ных малонагруженных конструкций валов и осей применяют углеродистые стали без термической обработки. Ответственные тяжело нагруженные валы изготовляют из легированной стали 40ХНМА, 25ХГТ и др. Без терми­ческой обработки применяют стали 35 и 40, Ст5, Стб, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА, с термической обработкой — стали 45, 50 и др.

В автомобильной и тракторной промышленности коленчатые валы двигателей изготавливают из ковкого или высокопрочного чугуна.