Основні конструктивні елементи валів

Тема 19. Вісі та вали

Загальні відомості. Конструкції та матеріали осей і валів. Розрахункові схеми валів та осей. Критерії розрахунку. Розрахунок валів на статичну міцність, на втомну міцність, на жорсткість. Приклад розрахунку вала.

Лекційний час - 2 год.

ВАЛИ ТА ОСІ

Призначення валів і осей

Вали та осі служать для закріплення посажених на них деталей і забезпечують геометричну вісь обертання цих деталей. При цьому вали сприймають сили, які діють на деталі, і передають їх на опори.

На відміну від валів осі не передають корисного обертального моменту і зазнають лише деформації згину, а вали – деформації як згину, так і кручення. Осі є окремим випадком валів і можуть бути рухомими та нерухомими, вали – лише рухомими.

Класифікація валів

Вали поділяють за конструкцією та формою на:

1) прямі (вивчаються в курсі деталей машин);

2) колінчасті (наприклад, для поршневих машин);

3) гнучкі (в зуболікувальному обладнанні, для спідометрів автомобілів).

Вали поділяють за формою поперечного перерізу на:

1) гладкі суцільного перерізу;

2) порожнисті (вали карданних передач, шпинделі токарних верстатів);

3) шліцьові.

Прямі вали поділяють на:

1) гладкі циліндричні (сталого перерізу);

2) ступінчасті;

3) вали-шестерні;

4) вали-черв'яки;

5) фланцеві.

Вали редукторів і інших механізмів, як правило, є ступінчастими, що дає змогу:

1) наблизити форму вала до бруса однакового опору;

2) легко складати та розбирати деталі, посажені на вал;

3) виконувати осьову фіксацію деталей;

4) поділити та реалізувати технічні вимоги на виготовлення вала за поверхнями щодо точності та шорсткості.

Основні конструктивні елементи валів

Конструктивна форма будь-якого вала зумовлена:

1) розмірами та типом деталей, посажених на нього;

2) величиною і напрямом навантажень;

3) способами закріплення деталей на валах;

4) умовами складання та виготовлення.

Діаметри валів визначають з розрахунків на міцність, жорсткість, вібростійкість aбo за конструктивними міркуваннями, потім округлюють до стандартних значень.

Основні конструктивні елементи валів (рис. 12.1):

1 – галтель – плавний перехід із радіусом r (r > 0, 1d) між двома циліндричними поверхнями з різними діаметрами (d < D);

2 – шпонковий паз, в який вставляють шпонку;

3 – кільцева проточка – канавка (за ГОСТ) для виходу різального інструмента, шліфувального круга тощо;

4 – конічна посадочна поверхня і різь (стандартні);

5 – цапфа – опорна поверхня вала;

6 – п'ята – опорна поверхня вала, яка сприймає лише осьову силу і взаємодіє з опорою – підп'ятником;

7 – центрові отвори, лиски, шліцьові пази, фаски та інші.

Усі ці елементи – це місця різкої зміни форми і зони максимального напруження в перерізі вала, тому їх називають концентраторами напружень.

Рисунок 12.1 – Прямий ступінчастий вал і його конструктивні елементи