Глава 11. Валы и оси

§ 1. Общие сведения

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

Вал предназначен для поддержания сидящих на нем дета­лей и для передачи вращающего момента. При работе вал испы­тывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие.

О сь — деталь, предназначенная только для поддержания сидящих на ней деталей. В отличие от вала ось не передает вра­щающего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижными или вра­щаться вместе с насаженными на них деталями.

§ 2. Конструктивные элементы. Материалы валов и осей

Цапфы (3 и 4) — участки вала или оси, лежащие в опорах. Они подразделяются на шипы, шейки и пяты.

Шипом 3 называется цапфа, расположенная на конце вала или оси и передающая преимущественно радиальную нагрузку.

Шейкой 4 называется цапфа, расположенная в средней час­ти вала или оси.

Опорами для шипов и шеек служат подшипники.

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

Пятой 5 называют цапфу, передающую осевую нагрузку .

Опорами для пят служат подпятники. Пяты по форме могут быть сплошными, кольцевыми и гребенчатыми. Гребенчатые пяты применяют редко.

Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Валы и оси изготовляют преимущественно из углеро­дистых и легированных сталей. Для валов и осей без термообра­ботки применяют стали Ст5, Ст6; для валов с термообработкой — стали 45, 40Х. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготовляют из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА. Цапфы этих валов цементируют для повышения износо­стойкости.

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

§ 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).

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, в); 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. Карданное сочленение — это шарнирный механизм, позволяющий передавать вращение между соединяемыми им валами. Оси валов могут при этом, пересекаться под переменным углом. Такие валы (оси) широко используют в автомобилестроении, станкостроении и т. д.

Пo конструктивным признакам: гладкие валы и оси ; ступенчатые валы и оси; валы-шестерни; валы-червяки.

По типу сечения валы и оси бывают: сплошные; полые; комбинированные.

Участки осей и валов , которыми они опираются на подшипники при восприятии осевых нагрузок, называют пятами. Опорами для пят служат подпятники. Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими, коническими или шаровыми (рис.8.5). Широкое распространение в машиностроении получили цилиндрические цапфы; конические и шаровые цапфы применяют редко.

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

Переходные участки между двумя ступенями валов или осей выполняют:

а) с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга (рис.8.6, а). Эти канавки повышают концентрацию напряжений;

б) с галтелью постоянного радиуса (рис.8.6, б);

в) с галтелью переменного радиуса (рис.8.6,в),которая способствует снижению концентрации напряжений, а потому применяется на сильно нагруженных участках валов или осей.

Эффективными средствами для снижения концентрации на­пряжений в переходных участках являются выполнение разгру­зочных канавок, увеличение радиусов галтелей, высверливание отверстий в ступенях большого диаметра. Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей обкаткой роликами повышает несущую способность валов и осей.

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.