Валы и оси – детали, предназначенные для установки и поддержания вращающихся деталей (колес, полумуфт, шкивов и т.п.), с обеспечением постоянного положения осей вращения. Валы передают вращающий момент, подвергаясь деформациям кручения, изгиба, (иногда - растяжению). Материал вала находится в сложном напряженном состоянии.
Оси подвергаются только изгибу, (иногда – растяжению). Материал оси находится в простом напряженном состоянии.
Классификация валов
1.По назначению
а) валы передач: на них размещаются детали передач: колеса; шкивы, звездочки, полумуфты;
б) специальные валы: валы рабочих органов двигателей и рабочих машин – коленчатые валы ДВС; шпиндельные валы станков; валы турбин с рабочими дисками;
2. По форме
а) – прямые;
б) – коленчатые (для преобразования вращательного движения в возвратно-
поступательное);
в) – гибкие валы (с изменяемой формой геометрической оси);
Прямые валы подразделяются на следующие виды:
- гладкие (одного номинального диаметра). Участки вала с различными отклонениями изготавливаются на многорезцовых автоматах, что оправданно при массовом и крупносерийном производстве;
- ступенчатые - традиционный вариант исполнения. Технологичны в сборке;
- полые – (при отношении , снижение массы вала составляет примерно в 1,8 раз); удобны для прокладки вдоль валов кабелей управления, маслопроводов и т.п.;
- валы с фланцами, стальные фланцы привариваются - для соединения длинных валов; соединение длинных валов с применением зубчатых муфт;
- по форме сечения – шлицевые; профильные;
Валы работающие на чистое кручение (изгиба нет) называются торсионами
Работоспособность валов оценивается по следующим критериям:
1. Прочность;
2. Жесткость;
3. Виброустойчивость;
Последовательность проектирования валов
(на примере быстроходного вала редуктора)
Известно: величина крутящего момента, НМ;
1) Проектный расчет вала
Задача расчета: определение расчетного диаметра вала;
Допущения: 1) вал гладкий; 2) рассматривается "чистое" кручение (изгиб не учитывается); 3) расчет ведется по заниженным значениям допускаемого напряжения [ ];
Условие прочности при кручении: ; или
; откуда определяется расчетное значение
вала: ; полученное расчетное значение округляется до стандартного, из ряда предпочтительных чисел. При проектировании валов многоступенчатых редукторов рекомендуется применять следующие заниженные значения [ ]:
[ ] = 10…15 МПа – консольный участок быстроходного вала;
[ ] = 20…25 МПа – участок под колесом промежуточного вала;
[ ] = 30…35 МПа – консольный участок тихоходного вала;
Для передачи момента с колеса на вал (и обратно) применяются шпоночные, шлицевые соединения; соединения с натягом; штифтовые соединения (для слабонагруженных валов).