Выбор формы вала по длине

Общие сведения. Классификация

Валы предназначены для передачи вращающего момента вдоль своей оси, для поддержания вращающихся деталей и восприятия действующих на них сил. Оси служат только для поддержания вращающихся деталей и восприятия сил. Применяют также валы, которые служат только для передачи вращающего момента (в частности, гибкие и часть торсионных).

По назначению различают [1] валы передач (рис. 1, а, 6) с устанавливаемыми на них деталями передач (зубчатыми колесами, шкивами, звездочками) и корен­ные валы машин и другие специальные валы (рис. 1, в-д), несущие кроме деталей передач также рабочие органы машин-двигателей или машин-орудий: колеса или диски турбин, кривошипы, барабаны, зажимные патроны, инструмент и др.

Большинство валов имеет неизменяемую номиналь­ную геометрическую форму оси - это жесткие валы. Особую группу составляют гибкие валы. В конструкциях транспортных машин широко применяют приводные валы с универсальными шарнирами. Положение оси вращения одной из частей таких валов в пространстве при сборке и работе машины может изменяться.

Рис. 1. Основные типы валов и осей: а - гладкий трансмиссионный вал; б - ступенчатый вал; в - шпиндель станка; г - вал паровой турбины; д - коленчатый вал; е - вращающаяся вагонная ось; ж - неподвижная ось

По форме геометрической оси жесткие валы разделя­ют на прямые и непрямые - коленчатые для преобразо­вания возвратно-поступательного движения во враща­тельное или наоборот, а также эксцентриковые. Прямые валы по конфигурации разделяют на валы постоянного диаметра или гладкие (трансмиссионные, судовые многопролетные и другие, передающие в основном вращающий момент), валы ступенчатые (большинство валов, рис. 1, б—г), валы с фланцами, валы с нарезанны­ми шестернями, червяками, кулачками.

По внешнему очертанию поперечного сечения валы разделяют на круглые или профильные, а круглые в свою очередь - на шлщевые и шпоночные, имеющие на некоторой длине шлицевой профиль или; профиль со шпоночным пазом.

По форме поперечного сечения различают валы сплошные, полые (с осевым отверстием d_Q≤0,75d) и оболочковые (d_Q=(0,8...0,95)d, где d - наружный диа­метр).

Оси (рис. 1, е, ж) разделяют на вращающиеся и неподвижные. Вращающиеся оси обеспечивают лучшие условия работы подшипников, неподвижные – дешевле в изготовлении, но требуют встраивания подшипников во вращающиеся на этих осях детали.

Опорными частями валов и осей служат цапфы. Промежуточные цапфы называют шейками.

Выбор формы вала по длине

По условиям прочности валы в продольном сечении должны приближаться к телам равного сопротивления изгибу, очерчиваемым кубической параболой.

Равнопрочная конструкция вала (рис. 2) [2] при изменении изгибающего момента по линейному закону может быть аппроксимирована конической формой с уменьшенным диаметром менее нагруженной опоры. Вал выполняют с осевым отверстием, мало влияющим на прочность, но снижающим массу.

Рис. 2. Пример равнопрочной конструкции вала

Равнопрочные валы значительно дороже и труднее в изготовлении. Их форму приходится упрощать. При прочих одинаковых условиях жесткость равнопрочных валов меньше, чем неравнопрочных с тем же запасом прочности.

К форме тела равного сопротивления приближаются ступенчатые валы. Эта форма также удобна в сборке. Целесообразно сборку вести с двух сторон вала; при этом упрощается обработка вала и ступиц, сокращается число номинальных диаметров, номенклатура специаль­ного режущего и измерительного инструмента.

Перепад диаметров ступеней определяется диамет­рами посадочных поверхностей под ступицы деталей (принимают из ряда нормальных линейных размеров) и под подшипники качения (принимают из стандартно­го ряда диаметров отверстий подшипников), а также достаточностью опорной поверхности торцов заплечи­ков для передачи осевых сил или базирования деталей, условиями сборки. Так, желательно, чтобы перепад диаметров ступеней вала при наличии призматических шпонок позволял выполнять разборку без удаления шпонок из вала.

Более технологичны гладкие валы, получающие все большее распространение. Прогиб вала равного сопротивления изгибу, имеющего наибольший диаметр, равный диаметру гладкого вала, при эпюре моментов по треугольнику в 1,8 раза больше прогиба гладкого вала. На гладком валу разные посадки могут быть выполнены на одном номинальном диаметре в системе отверстия. Недостатком гладких валов является некото­рое усложнение сборки.

Современные валы проектируют с возможно мень­шим числом ступеней, обеспечивая осевую фиксацию деталей на валу посадками с натягом.

Круглая качественная сталь для валов поставляется длиной 6. ..7 м. Более длинные валы делают составными, соединяя отдельные части с помощью муфт или фланцев на валах. Фланцы изготовляют на фасонных чугунных валах и на тяжелонагруженных стальных валах. К стальным валам фланцы обычно приваривают; возмож­но выполнение фланцев высадкой.

Поиск по сайту: