Валы и оси

Назначение и классификация валов и осей

Оси и валы классифицируются по следующим признакам:

1. Геометрическая форма. Согласно данному признаку валы делятся на прямые, коленчатые, гибкие, кривошипные, карданные и телескопические. Оси, как правило, изготавливаются прямыми. Наиболее распространены прямые валы, у них продольная геометрическая ось является непрерывной прямой линией, к данному виду валов относятся валы коробок передач, редукторов, а также колесных и гусеничных машин. Коленчатые валы, у которых продольная геометрическая ось - ломаная прямая линия, используются в кривошипно-шатунных механизмах, которые предназначены для преобразования во вращательное движение возвратно-поступательного или наоборот. Кривошипные и коленчатые валы применяются для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневой двигатель) и наоборот (компрессор). Гибкие валы предназначены для передачи вращающего момента между узлами машин. Телескопические валы используются в случае необходимости осевого перемещения одного вала относительно другого, для того, чтобы передать движение между деталями, оси вращения которых располагаются таким образом, что осуществить жесткую связь между ними невозможно.
2. Вид формы осевого сечения. Согласно данному признаку валы делятся на ступенчатые валы, у которых имеются на отдельных участках различные размеры поперечных сечений, шлицы, резьба, проточки, криволинейные или конические переходы и т. п., а также валы по всей длине с постоянными размерами сечений. Использование валов с постоянными размерами поперечных сечений целесообразно только в том случае, если они главным образом нагружены постоянным крутящим моментом по всей длине, при этом изгибающие моменты незначительны. В основном применяются ступенчатые валы. Ступенчатость осевой формы вала усложняет его изготовление и способствует увеличению его стоимости, однако, ступенчатость необходима для посадки размещаемых на вале деталей на свои рабочие места без повреждения соседних участков вала и для создания упоров (заплечиков), требуемых для осевой фиксации насаженных на вал деталей и восприятия значительных осевых усилий.
3. Вид поперечных сечений участков. Согласно данному признаку валы делятся на сплошные и полы с некруглым и круглым поперечным сечением. К некруглым поперечным сечениям относятся также сечения, которые имеют, поперечное отверстие и шлицы. Применение полых валов способствует значительному снижению их веса. В данном случае экономится порядка 60 % металла. Но полые валы существенном сложнее в изготовлении. Поэтом, в основном используются сплошные валы, а полые валы только при жёстких требованиях к весу, или в случае необходимости прохождения сквозь валы или размещения внутри валов других деталей. Некруглые поперечные сечения посадочных участков валов применяют при действии существенных крутящих моментов, то есть в том случае, когда использование шпоночных или шлицевых соединений нецелесообразно. Сечения с поперечными отверстиями применяют в особых случаях.
4. Метод изготовления. Согласно данному признаку валы делятся на составные и цельные. Наиболее распространены цельные валы. Использование составных валов обусловлено тем, что круглая качественная сталь поставляется длиной только до 6-7 метров, поэтому, более длинные валы изготавливают составными.

Элементы и материалы для изготовления валов и осей

Основным частями валов и осей являются:

1. Цапфы, которые являются опорными участками осей или валов. Цапфы делятся на пяты, шипы и шейки. Шипом является цапфа, которая располагается на конце вала или оси и передающую в основном радиальную силу. Шейкой является цапфа, которая находится центре оси или вала. Пята передает осевую силу.
2. Посадочные поверхности. Посадочные поверхности осей и валов под ступицы могут быть коническими или цилиндрическими.
3. Переходные участки. Переходные участки валов и осей могут быть с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга; с галтелью переменного радиуса; с галтелью постоянного радиуса.

Материалы валов и осей должны хоро­шо обрабатываться, обладать высоким модулем упругости и быть прочными. Данным требованиям наиболее полно удовлетво­ряют легированные и углеродистые. Для валов и осей без упрочняющей термической обработки применяют стали Ст5, Ст6, для валов термической обработкой— 45, 40Х. Быстроходные валы, которые используются в подшипниках скольжения, делаются из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА. Цапфы таких валов цементуются с целью увеличения.