материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Вал – вращающаяся деталь машины, предназначенная для поддержания установленных на нём деталей и для передачи вращающегося момента (рисунок 1). [1]

Прямой ступенчатый вал

Рисунок 1 – Прямой ступенчатый вал: 1 – шип; 2 – шейка; 3 – подшипник

Ось – деталь машины, предназначенная только для поддержания установленных на ней деталей (рисунок 2). Ось не передаёт вращающегося момента. Оси могут быть подвижными и неподвижными.

Ось тележки

Рисунок 2 – Ось тележки

По геометрической форме валы делятся на прямые, коленчатые и гибкие (рисунок 3). Оси, как правило, изготовляют прямыми.

Конструкции валов

Рисунок 3 – Конструкции валов

Прямые валы и оси могут быть гладкими или ступенчатыми. Образование ступеней связано с различной напряжённостью отдельных сечений, а также условиями изготовления и сборки. По типу сечения валы и оси бывают сплошные и полые. Полое сечение применяется для уменьшения массы и для размещения внутри другой детали.

Цапфа – участок вала или оси, располагающийся в опорах. Цапфы подразделяются на шипы, шейки и пяты (рисунок 4).

Конструкции цапф

Рисунок 4 – Конструкции цапф

Шипом называется цапфа, расположенная на конце вала или оси и передающая преимущественно радиальную нагрузку.

Шейкой называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси. Опорами для шипов и шеек служат подшипники. Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими и сферическими. В большинстве случаев применяются цилиндрические цапфы.

Пятой называют цапфу, передающую осевую нагрузку. Опорами для пят служат подпятники. Пяты по форме могут быть сплошными (рисунок 5а), кольцевыми (рисунок 5б), гребенчатыми (рисунок 5в).

Конструкции пят

Рисунок 5 – Конструкции пят

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и коническими. При посадках с натягом диаметр этих поверхностей принимают больше диаметра соседних участков для удобства напрессовки. Диаметры посадочных поверхностей выбирают из ряда нормальных линейных размеров, а диаметры под подшипники качения – в соответствии со стандартами на подшипники.

Переходные участки (рисунок 6) между двумя ступенями валов или осей выполняют:

  • с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга (рисунок 7а) – такие канавки повышают концентрацию напряжений;
  • с галтелью (поверхностью плавного перехода от меньшего сечения вала к большему) постоянного радиуса (рисунок 7б);
  • с галтелью переменного радиуса (рисунок 7в), которая способствует снижению концентрации напряжений, а поэтому применяется на сильно нагруженных участках валов или осей.

Переходные участки валов

Рисунок 6 – Переходные участки валов

Конструкции переходных участков валов

Рисунок 7 – Конструкции переходных участков валов

Эффективным средством для снижения концентрации напряжений в переходных участках являются:

  • выполнение разгрузки канавок (рисунок 8а);
  • увеличение радиусов галтелей;
  • высверливание отверстий в ступенях большого диаметра (рисунок 8б).

Способы повышения усталостной прочности валов

Рисунок 8 – Способы повышения усталостной прочности валов

Деформационное упрочнение (наклёп) галтелей обкаткой роликами повышает несущую способность валов и осей.

Валы и оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основными критериями работоспособности являются сопротивление усталости (рисунок 9) и жёсткость. Сопротивление усталости валов и осей оценивается коэффициентом запаса прочности, а жёсткость – прогибом в местах посадок деталей и углами наклона или закручивания сечений.

Конструктивные средства повышения сопротивления валов усталости в местах посадки

Рисунок 9 – Конструктивные средства повышения сопротивления валов усталости в местах посадки

Основными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты. Влияние растягивающих и сжимающих сил невелико и в большинстве случаев не учитывается.

Перечень ссылок

  1. Валы и оси // Детали машин. – http://www.det-mash.ru/index.php?file=valy_osy.

Вопросы для контроля

  1. В чём состоит отличие вала от оси?
  2. Какие бывают валы по конструктивному исполнению?
  3. Чем отличаются различные разновидности цапф?
  4. Какими способами достигается снижение концентрации напряжений на переходных участках валов?
 < Виды соединений: разъёмные, неразъёмные Содержание Основные типы подшипников скольжения и качения >