Часть четвертая валы, оси, подшипники, муфты Глава 27 Валы и оси

27.1. Общие сведения

Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах и осях.

Вал предназначен для передачи вращающего момента вдоль своей оси, а также для поддержания расположенных на нем деталей и вос­приятия действующих на эти детали сил. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в некоторых случаях дополнительно растяжение или сжатие (рис. 27.2).

Ось только поддерживает установленные на ней детали и воспри­нимает действующие на эти детали силы (рис. 27.1). В отличие от вала ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытыва­ет кручения. Оси могут быть неподвижными (см. рис. 27.9) или могут вращаться вместе с насаженными на них деталями (рис. 27.1).

По форме геометрической оси валы делят на прямые (рис. 27.2) и непрямые — коленчатые и эксцентриковые. Непрямые валы относят к специальным деталям и в учебнике не рассматриваются.

Оси, как правило, изготовляют прямыми (см. рис. 27.1). По конст­рукции прямые валы и оси мало отличаются друг от друга.

Прямые валы и оси могут быть гладкими (см. рис. 27.9) или ступенча­тыми (см. рис. 27.2). Ступенчатая форма способствует равной напряжен­ности отдельных участков, упрощает установку деталей на валу.

Рис. 27.1. Ось тележки

Рис. 27.2. Прямой ступенчатый вал:

1 — шип; 2—шейка; 3 — подшипник; 4—кольца с поперечным пазом для размещения тяг съемника для подшипников (см. рис. 29.26)

По форме поперечного сечения валы и оси бывают сплошные и полые (с осевым отверстием). Полые валы применяют для уменьшения массы или для размещения внутри них других деталей или смазочных мате­риалов.

По внешнему очертанию поперечного сечения валы разделяют на шлицевые и шпоночные, имеющие на некоторой длине шлицевой про­филь или профиль со шпоночным пазом.

27.2. Конструктивные элементы. Материалы валов и осей

Цапфы — опорные части вала или оси. Их подразделяют на шипы, шейки и пяты.

Шипом называют цапфу, расположенную на конце вала или оси и передающую преимущественно радиальную силу (см. рис. 27.2).

Шейкой называют промежуточную цапфу вала или^рси.

Опорами для шипов и шеек служат подшипники.

Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими или сферическими. В большинстве случаев применяют цилиндрические цапфы.

Пятой называют цапфу, передающую осевую силу (рис. 27.3). Опо­рами для пят служат подпятники. Пяты по форме бывают сплошными (рис. 27.3, а), кольцевыми (рис. 27.3, б) и гребенчатыми (рис. 27.3, в). Гребенчатые пяты применяются редко.

Рис. 27.3. Пяты

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и коническими (см. рис. 27.2). При посадках с натягом диаметр этих поверхностей принимают больше диаметра соседних участков для удобства напрессовки других деталей и снижения концентрации напряжений (см. рис. 27.2). Диаметры поса­дочных поверхностей и диаметры под подшипники скольжения выби­рают из ряда нормальных линейных размеров (см. § 27.4), диаметры под подшипники качения —по стандартам на подшипники.

Конические концы валов (см. рис. 27.2) изготовляют с конусностью 1:10. Их применяют для облегчения монтажа устанавливаемых на вал деталей.

Переходные участки валов и осей между двумя ступенями разных диаметров выполняют:

а) с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 27.4, а);

б) с галтелью постоянного радиуса рис. 27.4, б (галтель — поверх­ ность плавного перехода от ступени меньшего сечения к большему);

в) с галтелью переменного радиуса (рис. 27.4, в).

Рис. 27.4. Переходные участки вала

Переходные участки являются концентрато­рами напряжений. Эффективным средством для снижения концентрации напряжений на переход­ных участках является повышение их податливо­сти путем выполнения разгрузочных канавок (рис. 27.5, а), увеличения радиусов галтелей, вы­полнения отверстий в ступенях большего диа­метра (рис. 27.5, б). Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей повышает несущую способность валов и осей.

Материалы валов и осей должны хорошо обра­батываться, быть прочными и иметь высокий мо­дуль упругости. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют углеродистые и легированные ста­ли, из которых преимущественно изготовляют валы и оси. Для валов и осей без упрочняющей термо­обработки применяют стали марок Ст5, Стб; для валов с термообра­боткой — стали марок 45, 40Х (см. табл. 12.1); для высоконапряженных валов ответственных машин —стали марок 40ХН, 30ХГСА. Быстро­ходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготовляют

из сталей марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ. Цапфы этих валов цементуют для повышения износостойкости (наибольшую износостойкость имеют хромированные валы).

Валы и оси обрабатывают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных поверхностей.