2.2.2 Вали, осі й підшипники.

Обертові деталі пе­редач (зубчасті колеса, шківи, зірочки) встановлюються на валах, а ходові колеса тощо – на осях.

Вали (рисунок 3.14) призначені для передачі крутних моментів від одного до іншого, а також для підтримання вказаних деталей; вісі (рисунок 3.15) лише підтримують обертові деталі без пе­редачі корисних крутних моментів. За умов конструктивного рішення виробу вісь може або обертатися або бути нерухомою. Вал завжди обертається і завжди передає крутний момент, тобто передає механічну роботу, наприклад вал редуктора (рисунок 3.13), вал зубчастої і пасової передачі (рисунок 3.14).

Опорні частини валів та осей називають цапфами або шийками.

Рисунок 3.14 – Вал зубчастої конічної і пасової передач

а) б) Рисунок 3.15 – Приклад застосування осі: а) – що обертається; б) – що нерухома

Вали класифікують:

 за призначенням: вали передач, що несуть на собі зубчасті колеса, шківи, зірочки, зірочки, муфти та інші деталі передач;

корінні вали що несуть на собі, окрім деталей передач, робочі органи машин, двигунів або знарядь  колеса або диски турбін; затискні патрони; кривошипи тощо);

 за формою геометричної осі: прямі; кривошипні і колінчасті; гнучкі;

 за формою і конструктивною ознакою: гладкі постійного попереччя (наприклад, трансмісійні, вали гребних гвинтів тощо); ступінчасто-змінного попереччя (вали більшості передач; шліцьові вали; вали-черв’які і вали-шестірні).

Вали з'єднують муфтами (рисунок 3.16). Муфти передають обертовий рух та крутний момент з одного вала на інший, що розташовані співвісно. Проте можливе з’єднання і не співвісних валів. Деякі муфти (глухі – рисунок 3.17) можуть передавати також гнучи моменти і осьові зусилля, тобто з’єднувати вали в одне ціле – “наглухо”.

Рисунок 3.16 – З’єднання вала електродвигуна з валом редуктора за допомогою муфти 1 – електродвигун; 2 – муфта; 3 - редуктор

а) б) Рисунок 3.17 – Нерозчіпні (глухі, постійні) муфти а) – втулкова муфта; б) – фланцева муфта

Поряд зі з’єднувальними функціями (кінематичними та силовими) муфти часто виконують одночасно ще й інші функції, а саме:

 керування роботою – вмикання і вимикання виконавчого механізму при двигуні, що працює;

 полегшення запуску машини та інше здійснюється за допомогою керованих муфт;

 регулювання параметрів – обмеження частоти обертання (максимальної чи мінімальної); запобігання від випадкових (недопустимих) перевантажень деталей і машин здійснюється запобіжними муфтами (рисунок 3.18);

 компенсація похибок монтажу і пов’язаних з ними негативних наслідків – компенсація неточностей у відносному розташуванні валів (поздовжньому, поперечному, кутовому), які виникають при монтажі обладнання (рисунок 3.19);

 ослаблення вібрацій, поштовхів та ударів – за допомогою компенсованих муфт.

Рисунок 3.18 – Муфта запобіжна кулачкова	Рисунок 3.19 – Муфта кулачково-дискова Компенсує поздовжні зміщення валів і їх неспіввісність

За характером з’єднання валів муфти поділяються на нерозчіпні (постійні) і зчіпні (керовані та самокеровані).

Найуживаніші муфти як складальні одиниці стандартизовані (стандарт України – ДСТУ, міждержавні – ГОСТ та галузеві). Значну кількість стандартів на муфти розроблено спеціалістами Науково-дослідного і проектно-конструкторського Інституту редукторобуду-вання (НДІ редуктор) Мінмашпрому України, що прийняті як міждержавні стандарти країн СНД.

Осі та вали обертаються у підшипниках (вальницях). Залежно від виду тертя розрізняють підшипники ковзання (рисунок 3.20), у яких опорна поверхня осі або вала ковзає по робочій поверхні підшипника, і підшипники котіння (рисунок 3.21), в яких використовується тертя котіння завдяки встановленості котіння у вигляді кульок або роликів між опорними поверхнями осі чи вала і підшипника.

Корпуси підшипників ковзання виготовляють суцільними або рознімними. Суцільні корпуси простіші у виготовленні і жорсткіші, ніж рознімні. Але вони потребують осьового монтажу вала, що для важких валів має неабиякі труднощі. Тому суцільні корпуси застосовують для валів невеликих діаметрів. Для колінчастих валів вони не використовуються.

Рисунок 3.20 – Підшипник ковзання 1 – корпус; 2 – вкладка; 3 – мастильна канавка

Вкладки до підшипників ковзання застосовують для того, щоб не виготовляти корпуси з дорогих антифрикційних матеріалів і можливості заміни цих вкладок після їх спрацювання.

Вкладки в нерознімних підшипниках ковзання виготовляють у вигляді втулок, а в звичайних рознімних підшипниках – з двох половин.

Підшипники ковзання працюють тим надійніше, чим вища твердість шийок валів. Шийки, як правило, гартують до твердості 55-60 HRC.

Підшипники котіння  це елементи опор осей, валів та ін­ших деталей, робота яких ґрунтується на використанні принципу тертя котіння. Вони призначені для сприйняття радіальних, осьо­вих та комбінованих постійних і циклічних навантажень і є осно­вними видами опор у машинах. Спектр їхнього використання найрізноманітніший  від приладів точної механіки (наприклад, годинників) до автосамоскидів великої вантажності, літаків-гігантів типу "Мрія", великих океанських суден, блюмінгів та ін., тобто у різних галузях машинобудування.

Підшипник котіння (рисунок 3.21) складається із зовнішнього 1 та внутрішнього 2 кілець, тіл котіння (кульок чи роликів) 3 і сепа­ратора 4, який розділяє і спрямовує тіла котіння.

Тіла котіння переміщуються по бігових доріжках, що розмі­щені на циліндричних або конічних поверхнях кілець. У підшип­никах, призначених для сприйняття тільки осьових сил, бігові доріжки для тіл котіння розташовані на торцевій по­верхні кілець. В окремих спеціальних випадках підшипники мо­жуть мати лише одне кільце або жодного, а тіла котіння розміщу­ються на бігових доріжках, виконаних на поверхнях з'єднуваних деталей.

Рисунок 3.21 – Підшипники котіння а) кулькові; б) - роликові 1- зовнішнє кільце; 2 – внутрішнє кільце; 3 – тіла котіння (кульки, ролики); 4 – сепаратор; А – бігові доріжки	Рисунок 3.22 – Встановлення підшипника кочення: на вал монтують внутрішнє кільце, в корпус  зовнішнє

Підшипники котіння стандартизовані і виготовляються на спеціальних підприємствах. В Україні зараз п'ять заводів, які про­дукують підшипники котіння (в містах Харкові, Вінниці, Луцьку, Гніванні Вінницької області, Шахтарську Донецької області).

Якщо деталі в машинах рухаються поступально, то вони під­тримуються напрямними поступального руху ковзання і котіння. Вальниці і напрямні опираються на стовби та інші корпусні деталі.