Элементы вала
Посадочные поверхности характеризуются шероховатостью и величиной диаметра. Шпонки на валах, по возможности следует располагать в одной плоскости.
б) Цапфы (шейки) вала - участок вала, которым он опирается на подшипник и воспринимает радиальную нагрузку ( цилиндрические (а), с буртами (б), коническими (в) и шаровыми (г)).
в) Пяты – участки валов, которыми они опираются на подшипник и воспринимают осевую нагрузку (сплошная (а); кольцевая (b); гребенчатая (c)).
г) устройства для передачи осевых нагрузок.
Тяжелые нагрузки передаются упором деталей в ступы на валу или посадкой этих деталей с натягом.
Средние осевые нагрузки передают гайками, штифтами и другими устройствами.
Легкие осевые нагрузки передаются стопорными винтами или пружинными кольцами.
Материалы
Выбор материала и термообработки валов и осей определяется их критериями работоспособности, в том числе критериями работоспособности цапф с опорами. Основными материалами для изготовления валов и осей служат углеродистые и легированные стали, благодаря их прочности, большому модулю упругости, хорошей способности к упрочнению.
Для валов и осей, подчиненных критерию жесткости и неподвергающихся термообработке применяются стали: ст.5; ст 6. Для большинства валов применяют термически обрабатываемые стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали: 40ХН, 40 ХР2МА; 30ХГТ и др.
Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют весьма высокой твердости цапф. Их изготавливают из цементуемых сталей 12Х, 12ХН3А; 1ХХГТ.
Торцы валов обязательно выполняют с фасками.
9.2 - Требования к валам. Нагрузки на валы и расчетные схемы. Расчет на прочность
Поломки валов и вращающихся осей в большинстве случаев носят усталостный характер. Причины поломок:
а) неудачный выбор конструктивной формы и неправильная оценка влияния концентрации напряжений, вызванной этими формами;
б) концентрация напряжений, вызванная обстоятельствами технологического или эксплуатационного характера: надрезы, следы обработки и др.
в) нарушение норм технической эксплуатации: неправильная регулировка затяжки подшипников, уменьшение необходимых зазоров.
Чаще всего поломки происходят в зоне расположения таких концентраторов напряжений, как шпоночные пазы, галтели, поперечные глухие и сквозные отверстия.
ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Критерий прочности - выносливость.
Критерии жесткости - условия правильной работы зубчатых передач и подшипников, а также виброустойчивость.
Чтобы знать предварительные размеры валов, их сначала рассчитывают на статическую прочность, а затем уже на выносливость.
Причиной выхода из строя валов могут быть также их колебания. Поэтому такие валы дополнительно рассчитываются на виброустойчивость
Расчетная схема и расчетные нагрузки
Валы и оси обычной конструкции рассчитываются как балки на шарнирных опорах, если они установлены на подшипниках качения по одному в каждой опоре «а» или по два «б» если опоры самоустанавливающиеся.
Рис. 26.6. Расчетные схемы размещения опор вала а) одинарный подшипник качения; б) подшипник сложения; в) сдвоенный подшипник качения; г) распределение напряжений по шейке вала
При составлении расчетных схем принимают, что установленные на осях и валах детали передают им силы и моменты по середине свой ширины.
В расчетах осей и валов на прочность и жесткость их собственный вес и вес расположенных на них деталей (за исключением маховиков), а также силы трения, возникающие в опорах, не учитываются.