Общие сведения о валах

Вал (как и ось) – деталь большинства механизмов, несущая вра­щаю­щиеся части механических передач (зубчатые и червячные колеса, звездочки, шкивы и др.). Валы и оси в большинстве случаев имеют форму тел вращения. Различие между валом и осью состоит в том, что вал передает вращающие моменты и испытывает внутренние напряже­ния кручения, а ось их не передает и испытывает только напряжения изгиба (так же, как и вал). Вал всегда вращается (или поворачивается – торсионный вал), оси бывают вращающиеся и невращающиеся. Поэто­му вал рассчитывают на совместное действие изгибающих и крутящих нагрузок, ось – только на изгиб.

По назначению валы можно разделить на следующие группы:

Ø валы передач – несущие детали механических передач (в ре­дукторах, коробках передач и т.д.);

Ø коренные валы машины, несущие кроме деталей передач рабочие органы машины (валы ходовых колес, приводные валы конвейеров, валы двигателей, турбин и др.).

По форме геометрической оси валы разделяются на:

Ø прямые – с прямолинейной осью (редукторы, коробки передач, мосты и др.);

Ø коленчатые – с ломаной осью (поршневые двигатели, насосы, компрессоры и др.);

Ø кулачковые – для преобразования вращательного движения в поступательное (газораспределительные механизмы в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах и др.);

Ø гибкие валы – с изменяющейся формой геометрической оси (глубинные вибраторы, бормашины и др.).

В курсе «Детали машин» в основном рассматриваются прямые ва­лы, валы других конструкций изучаются в специальных курсах.

Прямые валы в зависимости от назначения изготавливаются либо одинакового диаметра по всей длине – трансмиссионные валы для передачи энергии вращения на значительные расстояния (карданные валы), либо с различными диаметрами разных ступеней ступенчатые (редукторные) валы. Образование ступеней по длине вала связано с различной напряженностью отдельных участков вала, с разными усло­виями его изготовления и сборки, а также по соображениям экономии металла. Нередко ступенчатые валы изготавливаются заодно с шестернями (валы-шестерни) или червяками (червячные валы).

В конструкции прямого ступенчатого вала можно выделить следующие основные элементы (рис. 16):

Фаска (скос) – выполняется с целью облегчения монтажа на­са­живаемых деталей. Фаски также образуются при притуплении острых кромок для предотвращения порезов рук при изготовлении и монтаже валов. Фаски выполняются на длину 1…4 мм под углом 45 град. Скосы могут иметь меньшие углы – 10…30 град.

Цапфа – опорная часть вала – место посадки подшипников. Цапфа, расположенная на конце вала, называется шипом, а располо­женная в середине вала – шейкой. Шипы и шейки воспринимают в основном радиальную или близкую к ней нагрузку. Цапфа, воспринимающая осевую или близкую к ней нагрузку, называется пятой. Длина радиаль­ной цапфы обычно равна ширине подшипника. Поверхность цапфы, как правило, обрабатывается шлифованием до чистоты (шерохова­тости) 7…8 класса. Размер диаметра после обра­ботки должен быть в пределах допуска, обеспечивающего требуемый вид посадки (прессо­вая, легкопрессовая и др.).

Галтель – закругленный переходный участок между ступенями вала. Закругления выполняются постоянного или переменного радиу­са, значения которого зависят от разности диаметров ступеней и в основном колеблются в пределах 2…5 мм. Галтель также позволяет сни­зить концентрацию напряжения в переходных сечениях. При монтаже подшипники и другие насаживаемые детали плотно прилегают своими фасками к галтеям, что препятствует их осевому смещению в процессе работы механизма.

Бурт – выступающая часть вала для упора в него насаживаемой детали. Воспринимает осевые нагрузки, предотвращает осевое пере­мещение деталей в направлении действия осевой нагрузки.

Посадочная поверхность (головка) – часть вала для установки деталей передач (зубчатых и червячных колес, шкивов, звездочек и др.). Как и цапфа, эта часть вала обрабатывается точением или шлифованием до чистоты поверхности (шероховатости) 7…8 класса, а размер посадочного диаметра и допуск на точность его изготовления обеспечивают требуемую посадку детали на вал. Если на деталь в осевом направлении действуют знакопеременные нагрузки, то на этой части вала устанавливаются различные стопорные устройства, препят­ствующие осевому перемещению детали на валу.

Шпоночный паз – углубление в посадочный части вала, куда вставляется призматическая или сегментная шпонка. Пазы изгота­вли­ваются пальцевыми или дисковыми фрезами. Размеры шпоночного паза определяются после расчета самой шпонки и обычно про­став­ляются на рабочих чертежах на вынесенных (нередко увеличенных) сечениях посадочных мест. Если вал имеет два и более шпоночных паза, то они должны быть расположены в одной плоскости во избе­жание перестановки вала при их фрезеровании.

Тело вала – часть вала, размеры которой определяются конструк­тивно в процессе разработки компоновочной схемы всего механизма. Позволяет оптимально расположить друг относительно друга вращаю­щиеся детали и опоры вала.

Заплечик – торцевая часть сопряженной с цапфой ступени, в которую подшипник упирается своим внутренним кольцом.

– Участок под сальник – часть вала, по которой работает саль­ни­ковое уплотнение. Выполняется шлифованием до 7…8 класса чистоты (шероховатости) с тем же номинальным диаметром, что и цапфа, но с минусовым отклонением для того, чтобы подшипник свободно прошел через этот участок, не повредив его гладкую рабочую поверхность. Длина этого участка зависит от конструкции крышки подшипникового узла, но обычно не превышает 25…30 мм.

Выходной конец – выступающая из корпуса механизма часть входного или выходного вала, предназначенная для посадки полумуфт или деталей открытых передач. Как правило, концы выходных (ведомых) валов могут иметь как коническую, так и цилиндрическую форму. Коническая форма обеспечивает более надежную посадку дета­лей, на которые действуют повышенные динамические знако­пе­ремен­ные нагрузки. Конические поверхности концов обычно имеют конус­ность 1: 10 или 1: 20, которая определяется зависимостью и выбирается из ряда 1: 5, 1: 10, 1: 15, 1: 20. Коническая часть вала заканчивается резьбовым концом для осевой фиксации деталей с помощью резьбовых устройств. Резьба на конце условно обозначается буквой М с указанием диаметра и шага резьбы в мм (например: М14× 1, 5). В цилиндрических выходных концах для осевой фиксации деталей выполняются либо внутренние (осевые или смещенные) резь­бовые отверстия с торца вала, либо радиальные сквозные отверстия – гладкие для штифтов или резьбовые для шпилек и винтов.

Канавка – углубление между коническими и резьбовыми уча­стками вала, выполняется для выхода резьбонарезного инструмента.