Детали машин и основы конструирования. Лекция 5. Валы и оси

1.

Детали машин и основы конструирования
Лекция 5
Валы и оси

2.

Основные определения
Вал – деталь, предназначенная для поддержания установленных на ней деталей и для
передачи вра­щающего момента.
Ось – деталь, предназначенная только для поддержания ус­тановленных на ней деталей.
Цапфа– опорная часть оси или вала, предназначена для восприятия радиальных нагрузок.
Пята – опорная часть оси или вала, предназначена для восприятия осевых нагрузок.
Бурт – кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое и предназначенное для
ограничения осевого перемещения самого вала или насаженных на него деталей.
Заплечик – переходная поверхность от меньшего диаметра вала к большему, служащая
для упора насаживаемых на вал деталей.
Галтель – криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения к
большему.
Фаска – обточка на конус, предназначена для облегчения установки вращающихся
деталей и предупреждения травмирования рук.

3.

Конструкция валов
Гладкий вал
Применяются только в том случае, если они в основном
нагружены постоянным по длине вала крутящим моментом, а
изгибающие моменты – незначительны.
Ступенчатый вал
Коленчатый вал
Более сложное и дорогостоящее изготовление, позволяет
реализовать посадку деталей на свои рабочие места без
повреждения соседних участков вала и для создания
заплечиков. Ступенчатость осевого сечения вала позволяет
приблизить его осевую форму к форме бруса равного
сопротивления.
Применяют для преобразования
возвратно-поступательного
движения во вращательное
(поршневые двигатели) или
наоборот (компрессоры)
Гибкий вал
Применяют для передачи вращающего момента между
узлами машин, меняю­щими свое положение в работе

4.

Материалы валов
Условия работы
Термообработка
Материал
Малонагруженные
валы и оси
Без термообработки
Стали обыкновенного качества
Ст 5, Ст 6
Валы и оси при
требовании высокой
износостойкости
Химико-термическое
упрочнение с закалкой
58…63 HRC
Малоуглеродистые
конструкционные стали
качественные – 15, 20
легированные – 15Х, 20Х,
18ХГТ, 12ХН3А
Высоконагруженные
валы и оси
Улучшение
250…320 HВ
Среднеуглеродистые
конструкционные стали
качественные – 40, 45
легированные – 35Х, 40Х,
40ХН

5.

Условия нагружения и рекомендации по конструированию
Прочность валов и осей определя­ется величиной и характером напряжений, возникающих
в них под дейст­вием нагрузок.
Постоянные по величине и направлению нагрузки вызыва­ют:
в неподвижных осях и валах постоянные напряжения;
во вращающихся осях и валах переменные напряжения.
При конструировании валов следует избегать:
а) резких переходов сечений;
б) канавок и малых радиусов скруглений;
в) некруглых отверстий;
г) грубой обработки поверхности.
Поломки валов и вращающихся осей в большинстве случаев носят усталостный характер.

6.

Причины отказов валов
неудачный выбор конструктивной формы и неправильная оценка влияния концентрации
напряжений, вызванной этими формами
концентрация напряжений, вызванная обстоятельствами технологического или
эксплуатационного характера
нарушение норм технической эксплуатации
Усталостные разрушения составляют 40-50% случаев отказов валов и осей
Основными критериями работоспособности валов и осей является их прочность и
жесткость.

7.

Критерии работоспособности
Для работоспособности вала или оси необходимо обеспечить
объёмную прочность – способность сопротивляться Mизг и Мкрут
поверхностную прочность, особенно в местах соединения с другими деталями
жёсткость на изгиб
крутильную жёсткость, особенно для длинных валов
В зависимости от характера напря­жений, возникающих в валах и осях, возможны два
случая расчета их на прочность: на статическую прочность и на усталостную прочность.
Усталостная прочность (выносливость) валов и осей оценивается коэф­фициентом запаса
прочности.

8.

Рекомендации по конструированию валов и осей
Валы и оси следует конструировать по возможности гладкими с минимальным числом
уступов.
Каждая насаживаемая на вал или ось деталь должна проходить до своей посадочной
поверхности свободно во избежание повреждения других поверхностей.
Торцы валов и осей и их уступы выполняют с фасками для удобства установки деталей и
соблюдения норм охраны труда.
В тяжелонагруженных валах или осях для снижения концентрации напряжений перепады
ступеней выполнять минимальными с применением галтелей переменного радиуса.
Радиусы галтелей, углы фасок, ширина пазов на одном валу или оси выполнять
одинаковыми. Если на валу несколько шпоночных пазов, то их располагают на одной
образующей.
Для увеличения изгибной жесткости валов и осей, устанавливаемые детали на них
располагать возможно ближе к опорам.

9.

Проверочные расчеты валов и осей
Проверочный расчет осей на статическую прочность