Валы и оси — Лекции по деталям машин (Инженерия)

Лекция №12

Валы и оси

             Все детали, совершающие вращательное движение, вращаются вокруг некоторых геометрических осей. На практике эти геометрические оси воплощаются в реальные детали – валы и оси.

             Оси предназначены для поддержания вращающихся деталей и обеспечения их геометрической оси вращения. Они могут быть как вращающимися, так и неподвижными и воспринимают только напряжение изгиба.

             Валы, в отличие от осей, предназначены, кроме перечисленных функций, и для передачи крутящих моментов от одной детали к другой и испытывают напряжения изгиба и кручения. Валы и оси вращаются относительно опор, называемых подшипниками. Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. Наибольшее распространение имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах оси.

                По конструкции различают валы и оси, гладкие и фасонные. По виду поперечного сечения валы и оси могут быть сплошными и полыми. Применение пустотелых валов позволяет существенно снизить их вес при сохранении равной прочности и жесткости вала.

Изучить самостоятельно: конструкции осей и валов; материалы для изготовления осей и валов.

1. Прочность. Основной критерий работоспособности. Неподвижные оси рассчитывают на статическую прочность. Быстроходные валы из-за опасности усталостного разрушения рассчитывают не только на статическую прочность, но и на сопротивление усталости.

2. Жесткость. Недостаточная жёсткость вала отрицательно влияет на работу зубчатых колес, подшипников.

3. Виброустойчивость. Такой расчет необходим для быстроходных валов с целью отстройки от резонансных колебаний.

4. Износостойкость. Является критерием работоспособности шеек вала.

             При расчете валов производят схематизацию нагрузок, опор и форм вала. Валы и оси обычно рассматривают как балки на шарнирных опорах. Если подшипники воспринимают только радиальные нагрузки, их заменяют шарнирно подвижными опорами (рис. 12.1 а, в, г), а если одновременно осевые и радиальные нагрузки, то шарнирно неподвижными опорами (рис.12.1,б).

             В большинстве случаев при расчете валов и осей пренебрегают собственным весом вала, весом насаженных деталей и моментами от сил трения в опорах. Нагрузки на валы и оси передаются от насаженных на них деталей – зубчатых колес, шкивов, муфт и т.д. Эти нагрузки являются распределенными по длине рабочих элементов по различным законам (рис. 12.2). Однако, при составлении расчетной схемы, расчетные нагрузки принимаются обычно сосредоточенными на середине элемента. Таким образом, валы рассчитываются как балки, нагруженные сосредоточенными силами и крутящими моментами (рис. 12.3).

                   Рассмотрим расчетную схему вала, имеющего цилиндрическое и коническое колеса.         Для расчета валов и осей необходимо вычислять изгибающие и крутящие моменты в опасных сечениях. При действии на вал нагрузок в разных плоскостях их обычно раскладывают на две взаимно перпендикулярные плоскости, за одну из которых выбирают плоскость действия одной из сил. После этого строят эпюры изгибающих моментов в этих плоскостях. Для определения результирующего момента, изгибающие моменты М_x и М_y складываются геометрически по формуле

.

Эквивалентный момент вычисляют по третьей теории прочности .

I. Невращающаяся ось. Условие прочности . Для сечения «x », ,

                тогда .

II. Вращающаяся ось.

В этом случае в каждой точке возникают знакопеременные напряжения  и   ,

так как  , то .

Расчет валов

                Действующие на вал нагрузки могут быть постоянные и переменные по величине и направлению (рис. 12.5. и 12.6). Нагрузки, постоянные по направлению,  вызывают  в  каждой точке вращающегося вала знакопеременные  напряжения. Возможен случай, когда нагрузка  от неуравновешенных сил (центробежная сила F_ц ) вращается вместе с валом (рис.12.6).         Такая нагрузка создает в каждой точке вала постоянные по знаку напряжения. Могут встретиться самые разнообразные случаи нагружения. В реальных условиях даже при постоянном режиме Т_кр изменяется

             Для машин реверсивного действия Т изменится по знакопеременному циклу(рис. 12.7). Кроме вышеуказанного необходимо отметить, что реальные машины работают при переменных режимах работы и нагружения.

Статическая прочность вала

             При расчетах на статическую прочность в качестве расчетных принимаются наибольшие даже кратковременно действующие нагрузки с учетом динамических и ударных нагрузок. Статическая прочность оценивается составле­нием предела текучести с максимальными напряжениями

где W и W_r — моменты сопротивления сечения изгибу и кручению для номинальных сечений с учетом ослаблений.

 Запас прочности по нормальным напряжениям .

Запас прочности по касательным напряжениям .

Запас статической прочности .

             Допускаемый запас статической прочности [S_T]=1,2…2,2. Меньшие значения принимаются при точном определении усилий и напряжений.

Усталостная прочность вала

             Расчеты на усталостную прочность проводят при числе циклов изменения напряжений N_ц>10³. При этом расчеты проводят по эквивалентным нагрузкам на постоянном режиме, оказывающим такое же влияние на усталостную прочность, как и нагрузки реального переменного режима работы. Приступая к расчету, предположительно намечают опасные сечения вала, которые подлежат проверке. Для опасных сечений определяют запасы усталостной прочности и сравнивают их с допускаемыми. При совместном действии  напряжений кручения и изгиба запас усталостной прочности определяют по формуле

,

где — запас усталостной прочности по изгибу;

 — запас усталостной прочности по кручению;

s_a, t_a – переменные (амплитудные) составляющие циклов напряжений;

s_m, t_m – постоянные составляющие циклов напряжений;

y_s,y_t – коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла;

к_s  , к_t – эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

e_М – масштабный фактор; k_П – фактор качества поверхности.

             Допускаемый запас прочности [S]=1,3…2,5. Меньшее значение  принимается при высокой точности определения напряжений, достоверности механических характеристик материала, стабильности технологии. Для повышения прочности валов необходимо снижать k_s и k_τ и повышать k_П – поверхностное упрочнение – термообработка, дробеструйная обработка, алмазное выглаживание.

Порядок расчета вала

Расчет вала состоит из трех этапов:

1.Проектировочный расчет.

             При расчете валов основной расчетной нагрузкой являются моменты T и M, вызывающие кручение и изгиб вала. Для выполнения расчета необходимо знать конструкцию вала (места приложения нагрузки, расположение опор, элементы концентрации напряжений). В то же время разработка конструкции вала невозможна без хотя бы приближенной оценки его диаметра.

             Предварительно оценивают диаметр вала из расчета только на кручение при понижении допускаемых напряжений:

 где

 — коэффициент пустотелости;

b=0 для редукторов общего машиностроения;

b=0,7…0,8 для авиационных редукторов.

Тогда

Информация в лекции «15. Изменение энтропии в открытых системах» поможет Вам.

,

где [t]=20…30 Мпа  — для углеродистых сталей;

     [t]=50…80 Мпа — для легированных сталей.

2. Разработка конструкции вала.

В процессе конструирования разрабатывают конструкцию вала со всеми деталями, находящимися в соединении с ним. Вычерчивают отдельно вал и проставляют все размеры.

3. Проверочный расчет разработанной конструкции на статическую и усталостную прочность.

Вал и ось. Конструктивные элементы валов и осей

Содержание страницы

• 1. Вал
• 2. Ось
• 3. Материалы валов и осей

1. Вал

Вал – деталь машины, предназначенная для обеспечения взаимодействия размещенных на них деталей механических передач.

Взаимодействовать могут подвижные детали с подвижными, например, шестерни в зубчатой передаче, а также подвижные детали с неподвижными. Например, опоры с подшипниками качения, которые воспринимают нагрузку от валов, передают ее неподвижному корпусу и таким образом дают возможность работать передаче. Это взаимодействие обеспечивает передачу крутящего момента вдоль осевой линии вала.

Валы машин, которые кроме деталей передач несут рабочие органы машины, называются коренными. Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем. Вал, распределяющий механическую энергию по отдельным рабочим машинам, называется трансмиссионным. В отдельных случаях валы изготовляют как одно целое с цилиндрической или конической шестерней (вал-шестерня) или с червяком (вал-червяк).

По форме геометрической оси валы бывают прямые и гибкие (с изменяемой формой оси). Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения.

На рис. 1 показаны прямые валы: гладкий (а), ступенчатый (б) и коленчатый (в). Ступенчатые валы являются наиболее распространенными. Для уменьшения массы или для размещения внутри них других деталей валы иногда делают с каналом по оси. В отличие от сплошных такие валы называют полыми.

Рис. 1. Валы

2. Ось

Ось – деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент.

Оси (рис. 2) бывают вращающиеся (а) и неподвижные (б). Вращающаяся ось устанавливается в подшипниках. Примером вращающихся осей могут служить оси железнодорожного подвижного состава, примером невращающихся – оси передних колес автомобиля.

Рис. 2. Оси

Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации кручения или изгиба и кручения, а оси – только деформацию изгиба (возникающими в отдельных случаях деформациями растяжения и сжатия чаще всего пренебрегают).

Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная – шейкой (рис. 3, а). Опорой для них служат радиальные или радиально-упорные подшипники скольжения или качения. Шейка в отличие от шипа, который несет только радиальную нагрузку FA, несет радиальную нагрузку FB и передает крутящий момент с концевой головки на промежуточную и, следовательно, работает еще и на кручение. Поэтому диаметр этой шейки должен быть больше диаметра головки d В, размер которого определяется расчетом, и диаметра шипа. Участки вала и оси, на диаметрах поверхностей которых закрепляются детали, воспринимающие или передающие нагрузку, называют головками или подступицами.

Рис. 3. Элементы валов

Концевая цапфа, предназначенная нести преимущественно осевую нагрузку, называется пятой (рис. 3, б). Опорами для пят служат подпятники – упорные подшипники скольжения или качения.

По форме цапфы могут быть цилиндрическими, коническими, шаровыми и плоскими (пяты).

Кольцевое утолщение вала (между шипом и головкой) (рис. 3, а), составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Переходная поверхность от одного сечения вала к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей (от шипа к буртику для упора подшипника), называется заплечиком (рис. 3, а).

3. Материалы валов и осей

Требованиям работоспособности валов и осей наиболее полно удовлетворяют углеродистые и легированные стали, а в ряде случаев – высокопрочные чугуны. Выбор материала, термической и химико-термической обработки определяется конструкцией вала и опор, техническими условиями на изделие и условиями его эксплуатации. Для большинства валов применяют стали марок Сталь 45, Сталь 40Х и др., а для ответственных конструкций – Сталь 40ХН, Сталь З0ХГТ и др. Рабочие поверхности валов из этих сталей подвергают термической обработке (улучшению, поверхностной закалке ТВЧ и др.).

Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому их изготовляют из цементируемых сталей марок Сталь 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей марок Сталь 38Х2МЮА и др.

Обычно валы подвергают токарной обработке, термической обработке с последующим шлифованием и отделочной обработке посадочных поверхностей и цапф. Для этого посадочные поверхности и галтели подвергают суперфинишной обработке или полировке.

Концевые участки валов выполняют цилиндрическими (рис. 4) или коническими (рис. 5). Посадка деталей на конус обеспечивает легкость сборки и разборки, высокую точность базирования, возможность создания любого натяга. Поэтому консольные концы валов редукторов серийного производства, как правило, делают конусными. Поскольку цилиндрические концы валов проще в изготовлении, то при единичном и мелкосерийном производствах они имеют преимущественное распространение.

Рис. 4. Концы валов цилиндрические: а – шейка; б – шейка с наружной резьбой

Рис. 5. Концы валов конические с конусностью 1:10: а – с наружной; б – с внутренней резьбой

На торцах валов располагают центровые отверстия с углом конуса α=60° (рис. 6), которые используют в качестве технологических баз при изготовлении валов и осей и при проверке погрешностей, которые образуются при обработке и эксплуатации валов и осей (а), а также применяют для монтажных работ, транспортирования и хранения в вертикальном положении (б). Фаска под углом 120° защищает резьбу и конусную поверхность центрового отверстия от забоин (см. в конце табл. 1).

Рис. 6. Центровые отверстия на торцах валов

Форма вала по длине определяется конструктивно с учетом распределения нагрузок, т. е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки и технологией изготовления. Однако следует стремиться к форме профиля вала, приближающегося к форме бруса с равнопрочными сечениями или равного сопротивления изгибу.

Поверхности валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах и приборах, выполняют по форме и по размерам с допусками, которые обеспечивают сопряжение валов с этими деталями.

Требования к шероховатости поверхности деталей и посадки деталей на валах приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Рекомендуемая шероховатость на различных участках вала

Таблица 2.  Посадки деталей на валах

Валы и оси конструктивно связывают через подшипники вращающиеся детали с корпусными деталями. Предварительные размеры шеек валов определяют расчетом, затем после определения способа соединения вращающихся деталей с валом (шпоночным, шлицевым или др.) уточняют размеры посадочных мест и конструкцию валов.

В местах изменения диаметра вала или оси делают переходы. Конструктивно они должны быть выполнены так, чтобы прилегание детали к буртику или торцу переходной поверхности было плотным, без зазора. Если переход от цилиндрической поверхности к вертикальной торцевой поверхности буртика или к торцу переходной поверхности выполнен по радиусу, то такой переход называют галтелью (рис. 7, а), а если с проточкой, в виде канавки, то называют поднутрением (рис. 7; б, в).

Рис. 7. Конструктивные переходы в местах изменения диаметров вала

Просмотров: 4 767

Разница между валом и осью

ПОИСК В ЭТОМ БЛОГЕ

Разница между валом и осью

Вал представляет собой вращающийся элемент с круглым поперечным сечением, который поддерживает элементы трансмиссии, такие как шестерни, шкив, и передает мощность, в то время как ось представляет собой поддерживающий вращающийся элемент, такой как колеса, и крепится к корпусу с помощью подшипника. Ось может быть как вращающейся, так и стационарной. Давайте углубимся в сравнение и разницу между валом и осью.

Основное отличие:

Основное отличие состоит в том, что вал используется для передачи мощности от одного механического элемента к другому, а ось используется только для поддержки нагрузки.


Разница : 

• Вал представляет собой активный элемент, а ось — неподвижный.
• На ось действуют только изгибающие моменты, тогда как на вал действуют изгибающие и крутящие моменты, а иногда и осевые нагрузки.
• Валы используются для передачи крутящего момента и изгибающего момента на другой элемент посредством вращения, когда ось неподвижна, используются для передачи изгибающего момента.
• Вал может воспринимать нагрузку по окружности вала, в то время как ось может воспринимать нагрузку в центре или на любой ее окружности.
• Вал используется для вращательного движения, а ось используется для линейного или углового движения.
• Вал, используемый для передачи мощности на короткое расстояние, в то время как ось передает мощность на большое расстояние.
• Вал может быть предназначен для балансировки или передачи крутящего момента, а ось предназначена для балансировки или передачи изгибающего момента.
• Вал и ось имеют разные функции в трансмиссии транспортного средства. Вал передает мощность от трансмиссии к редуктору заднего дифференциала, а ось передает мощность от редуктора заднего дифференциала к колесам.
• Вал представляет собой полую стальную трубу большего диаметра, чем ось, с универсальными шарнирами на каждом конце, а ось состоит из цельностальных стержней с зубьями, нарезанными на концах.

Новое сообщение
Старый пост
Дом

• Полый вал и сплошной вал

  Полый вал содержит одинаковое количество материала на всех концах, если полый и сплошной вал имеют одинаковый вес, тогда как в таком случае…

• Разница между ЧПУ и VMC

  Полная форма ЧПУ

  — это компьютерное числовое управление, а полная форма VMC — вертикальный обрабатывающий центр. ЧПУ — это машина, а VMC — всего лишь часть этой машины.

• Преимущества и недостатки заклепочных соединений

  Заклепка представляет собой цилиндрическое механическое соединение с головкой. Он используется в качестве члена совместной структуры. Это неразъемное соединение, которое…

• Разница между ЧПУ и DNC

  Основное различие между ЧПУ и DNC заключается в том, что ЧПУ передает машинные инструкции, а DNC управляет распределением информации…

• Преимущества и недостатки жидкого топлива

  Жидкое топливо — это горючие или генерирующие энергию молекулы, которые можно использовать для генерирования механической энергии, обычно генерируя кине…

• Преимущества и недостатки твердого топлива

  Твердое топливо — это различные формы твердого материала, которые можно сжигать для высвобождения энергии, обеспечивая тепло и свет в процессе…

• Преимущества и недостатки системы автоматической коробки передач

  Автоматическая коробка передач, также называемая полностью автоматической коробкой передач, представляет собой полностью автоматизированную коробку передач, которая автоматически изменяет передаточное число в зависимости от скорости передачи. ..

• Что такое развал и развал | Определение | Эффект

  Определение: Схождение — это величина, на которую передние колеса расположены ближе друг к другу спереди, чем сзади, когда автомобиль…

• Разница между цинкованием и лужением

  Цинкование — это процесс покрытия железных или стальных листов тонким слоем цинка, чтобы избежать ржавчины. Лужение — покрытие оловом деталей из железа …

SIMPLE EXPLAIN РАЗНИЦА МЕЖДУ ВАЛОМ И ОСЬЮ

Домашняя

Автомобильная

SIMPLE EXPLAIN РАЗНИЦА МЕЖДУ ВАЛОМ И ОСЬЮ

Инженер 22 мая, 2021 11 августа 2022 г. 1
Оси, распределительный вал, длительность распределительного вала, вал распределительного вала, разница между разницей и разницами между разницей и разницей в разнице и разнице между разницей и разницей в разнице и разнице. ОСЬ, Шум приводного вала, четыре оси, Полностью плавающие оси, задняя ось, вал, Выравнивание валов, ВАЛ И ОСЬ, Вал и корпус, ПРОСТОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ РАЗНИЦЫ МЕЖДУ ВАЛОМ И ОСЬЮ, Рулевые валы

ВАЛ

Вал представляет собой вращающийся элемент, на который действуют изгибающие и крутящие моменты, а иногда и осевые нагрузки.

На него действует комбинированное напряжение изгиба, кручения и осевого напряжения. И желательно передать движение или силу.

Обычно имеет круглое сечение. Вы также можете увидеть его в поперечном сечении, отличном от круглого.

Может быть разного диаметра и длины. вы можете найти на нем различные элементы, такие как шестерни, шкивы, звездочки и т. д.

Вал также различается как ведущий или ведомый в зависимости от его положения в машине.

Промежуточный вал — это просто вал с зубчатыми колесами, используемый в качестве интервала или для изменения направления вращения. Он также используется для получения необходимого натяжения цепи или ремней между двумя звездочками или шкивами.

‌download: Основная рабочая книга по выравниванию вала

• Конструкция вала пропеллера
• 3 Причины шума привод0147
• 6 НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ПРИЗНАКИ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНВАЛА
• ЧТО ТАКОЕ ПРИВОДНОЙ ВАЛ? РАБОТА ПРИВОДНОГО ВАЛА

ОСЬ

Ось спроектирована и изготовлена ​​таким образом, что она может воспринимать только изгибающие нагрузки. И он не используется для передачи крутящего момента.

Обычно это статическая деталь. Он крепится к выходу как косяк.

В автомобильной промышленности обычно используется в качестве центра вращения.

Оси могут вращаться или не вращаться, но они передают только изгибающие моменты. Он используется для поддержки двух или более вращающихся элементов.

Вопросы и ответы

Q . В чем разница между валом и осью?

• А . Есть несколько школ мысли по этому поводу. Один утверждает, что «настоящие» оси — это просто неподвижные стержни, которые поддерживают вращающиеся элементы, и только валы передают мощность и движение. Другой определяет ось как любую опору колеса, независимо от того, передает ли она мощность и движение, в то время как вал принимает и приводит в движение шестерни, шкивы, звездочки и другие вращающиеся силовые элементы.

В. Какую опору обеспечивают подшипники оси или вала?

• A. Состояние концов подшипников является сложным и решающим фактором поведения вала. Подшипники, которые позволяют валу поворачиваться под поперечной нагрузкой, облегчают изгиб вала и снижают собственную боковую частоту. С другой точки зрения, мягкие или незакрепленные концевые опоры допускают радиальное перемещение осевой линии вала, поэтому вал может резонировать, но оставаться прямым. Запрещение этого радиального концевого движения заставляет вал изгибаться в условиях резонанса и повышает критическую скорость.