4.6.Детали общего назначения

4.6.1.Валы и оси (Вопрос 54)

Валы и оси предназначены для размещения вращающихся деталей, таких как зубчатые колеса, шкивы, барабаны, звездочки. Вал передает вращающий момент от одной детали к другой, т.е. от одного колеса передачи к другому. Ось же вращающего момента не передает. Среди огромного количества всевозможных деталей валы занимают особое место, так как они тяжело нагружены и нагрузка на них знакопеременна. Поэтому к определению геометрических параметров валов следует подходить с особой ответственностью.

В подавляющем большинстве случаев вал – это тело вращения, представляющее собой деталь осесимметричной ступенчатой формы (Рис.4.12). исключение составляют коленчатые валы.

Рис.4.12. Валы и оси.

На Рис.4.12А показан гладкий вал, который в случае отсутствия кручения, можно назвать осью. На Рис.4.12Б изображен вал ступенчатой формы. Такая форма вала упрощает сборку и позволяет более рационально использовать металл за счет уменьшения размеров менее нагруженных участков вала. Существует множество различных конструкций.

Зубья передач могут нарезаться непосредственно на самом валу. Такой вал называется шестерней. Встречаются валы с высокой крутильной податливостью – торсионные валы Применяются также валы с высокой изгибной податливостью – гибкие валы. Длинные валы могут выполнятся составными, тогда их отдельные участки соединяются фланцами.

Для изготовления валов преимущественно используются углеродистые и легированные стали, а при высоких нагрузках – титановые сплавы. Поверхности валов, как правило, шлифуются, а в отдельных случаях полируются. При полировке, в местах перепада диаметров размещают технологические канавки для выхода шлифовального круга (

При проектировании валов следует избегать резких перепадов диаметров и острых углов, так как это приводит к появлению высоких местных напряжений, что существенно снижает усталостную прочность. Для уменьшения уровня местных напряжений в местах пересопряжения рекомендуется использовать гладкие поверхности, очерченные радиусом

Для того чтобы дать заключение о пригодности вала, необходимо выполнить расчеты на:

1.Статическую прочность.

2.Сопротивление усталости.

3.Жесткость.

4.Виброустойчивость.

Кроме того, для ряда валов следует провести проверку устойчивости, износостойкости.

Все перечисленные расчеты выполняются в виде проверочных.

Проверочные расчеты - это когда по известной геометрии и нагрузкам требуется определить расчетные параметры (напряжения, перемещения, коэффициенты запаса статической и усталостной прочности, собственные частоты, моменты вращения, ресурс, мощность).