Валы и оси
Лекция 13
Валы и оси
13.1. Классификация валов и осей.
1. По форме геометрической оси бывают:
а) прямые (фасонные)
б) коленчатые
в) гибкие
2. По конструк.? прямые валы и оси бывают:
а) гладкие
Рекомендуемые материалы
б) ступеньчатые
3. По типу сечения валы и оси бывают:
а) сплошные
б) полые
Вращающиеся или качающиеся детали механизмов устанавливают на валах или осях, которые центрируют эти детали относительно оси вращения или качения.
Вал поддерживает сидящие на нем детали и передает крутящий момент. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях ¾ дополнительно растяжение и сжатие (вал, на котором сидит червячное колесо).
Ось только поддерживает сидящие на ней детали. В отличие от вала оно не передает крутящий момент. Ось испытывает в основном изгиб, иногда ¾ изгиб и сжатие. Оси бывают вращающиеся и неподвижные. Валы ¾ всегда вращающиеся.
Опоры ¾ это устройства, поддерживающие валы и оси в заданном положении.
Цанфа ¾ это часть вала или оси, охватываемая опорой. Они делятся на:
а) шипы;
б) шейка;
в) пяты;
Шип ¾ это цанфа, расположенная на конце вала.
Шейка ¾ это цанфа, расположенная в средней части вала или оси.
Форма шипов и шеек может быть цилиндрической, конической и сферической.
При действии осевых нагрузок цанфы называются пятами, а подшипники ¾ подпятниками.
По форме пяты бывают:
1) сплошные 2) кольцевые 3) гребенчатые
13.2. Материалы валов и осей, требования к валам и осям.
Основными материалами валов являются стали: качественные конструкционные углеродистые марок 20, 30, 40, 50. Инструментальные марок У8А, У10А, легированные марок 2Х13, 4Х13, 15Х, 20Х, 40ХН, 30ХГСА. С целью упрочнения валы подвергают термообработке, как правило: термоулучшению. Для повышения износостойкости отдельных мест вала применяют закалку поверхности ТВ4.
На рабочем чертеже вала указывают шероховатость поверхности, вид покрытия и термической обработки, величины радиальных и торцевых биений посадочных поверхностей, при наличии зубьев приводят зуборезную таблицу в соответсвии с ГОСТом. Кроме того, на чертеже указывают основные технические требования.
Пример:
1) Поверхность зуба азотировать на глубину 0,05 ... 0,1 мм.
2) твердость азотированной поверхности HRC ³ 56, остальных HB= 310 ... 340.
3) Поверхности, обозначенные Х, не азотировать.
4) Рабочую поверхность зуба притереть.
5) Неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий ¾ по H12, валов h12, остальных ±IT14/2.
Для удобства сборки и равнопрочности валы изготавливают ступеньчатыми, с круглым поперечным сечением. Переход от одного диаметра ступени к другому выполняется по радиусу (галтель); для облегчения шлифования вместо галтели делают кольцевую проточку.
К конструкции валов предъявляют следующие основные технические требования:
1) обеспечение соосности посадочных мест;
2) отсутсвие некруглости, конусности и огранки у цилиндрических участков;
3) перпендикулярность опорных торцов;
4) необходимое качество поверхности, характеризуемое ее шероховатостью;
Соосность посадочных мест обеспечивается указанием допуска по СТСЭВ 636-76. Допуски на размеры и классы шероховатости на посадочные поверхности определяются выбранным квалитетом посадки. Для деталей, требующих точного проектирования на валу применяют переходные почадки по 7 и 8 квалитету. При этом передачу крутящего момента с вала на посаженную на него деталь осуществляют с помощью различных соединений (штифтовых, шпоночных, шлицевых). В малогабаритных редукторах производят фиксацию деталей штифтом, стопорным винтом, а также с помощью неподвижных насадок.
13.3. Расчет валов и осей на прочность.
Минимальный диаметр вала при его работе только на кручение (изгиб исключается путем понижения допускаемых напряжений)
d ³ 3Ö ((Tк)р / 0,2[tк])
где (Tк)р ¾ расчетное значение крутящего момента;
[tк] = 30 ... 50 Мпа ¾ допускаемое напряжение на кручение, для среднеуглеродистых сталей пониженное за счет исключения изгиба;
Минимальный размер оси при ее работе на изгиб:
d ³ 3Ö ((Mк)р / (0,1[sк]r(1-c4)))
где (Mк)р ¾ расчетное значение изгибающего момента;
[sк] ¾ допускаемое напряжение на изгиб для цикла r=0 или r=-1;
13.4. Расчет валов и осей на стойкость.
Жесткость вала при кручении оценивают углом закручивания на еденицу длины вала
j = Tl(?)/GIp £ [j]
где G ¾ модуль упругости материала при сдвиге (для стали G = 8*104 Мпа)
Ip ¾ полярный момент инерции сечения вала
I = pd4/32 » 0,1d4
[j]¾ допускаемый угол закручивания
[j] = 5 ... 22*10-6 рад/мм
13.5. Параметры, характеризующие степень жесткости на изгиб осей и валов.
q ¾ угол наклона поперечного
сечения вала или оси
ymax ¾ наибольший ? оси
или вала
Рассмотри наиболее распостраненную схему
yк = (Fa2b2) / (3EIxl) < [y]
где yк ¾ прогиб в точке действия изгибающей силы;
E ¾ модуль упругости материала оси или вала;
Ix ¾ осевой момент инерции сечения вала;
[y] ¾ допускаемый прогиб, обычно [y] = 2 ... 3*10-4 в;
Бесплатная лекция: "Аналитические модели маркетинга" также доступна.
Узлы поворота в точках
qA = (Fab(l+b)) / (6EIl) £ [q] qB = (Fab(b+a)) / (6EIl) < [q]
qF = (Fab(b-a)) / (3EIl) £ [q]
Угол поворота цапф на опорах с однородными подшипниками качения [q]£ 0,005 рад. Угол наклона под зубчатыми колесами [q]£ 0,001 рад.
При других схемах расположения опор и колес прогиб и угол поворота упругой линии вала определяются методами теории сопротивления материалов.
Ведется иногда в качестве проверочного расчета и расчет валов и осей на усталостную прочность, а также критическую скорость (возникают колебания валов). Но эти расчеты оговариваются в особых случаях, например высокооборотные валы, длинные валы и оси.
