Тема урока «ВАЛЫ И ОСИ» 1. Цель урока: Сформировать знания о назначении, классификации, элементах конструкции, материалах осей и валов. ВОПРОСЫ 1. Назначение, 2. Классификация 3. Элементы конструкций 4. Материалы валов и осей 5. Критерии работоспособности.

1. Назначение валов и осей. Определения: Вал – деталь машины или механизма предназначенная для передачи вращающего или крутящего момента вдоль своей осевой линии (рис. 1). Ось – деталь машины или механизма, предназначенная для поддержания вращающихся частей и не участвующая в передаче полезного вращающего или крутящего момента (рис. 2). Рис. 1. Вал редуктора. Рис. 2. Ось барабана лебёдки: а) вращающаяся; б) неподвижная.

2. Классификация валов и осей: 1. По форме продольной геометрической оси 1.1. прямые (продольная ось – прямая линия), валы редукторов, валы коробок передач гусеничных и колёсных машин; 1.2. коленчатые (продольная геометрическая ось разделена на несколько параллельных отрезков, смещённых друг относительно друга в радиальном направлении), например, коленвал двигателя внутреннего сгорания; 1.3. гибкие (продольная геометрическая ось является линией переменной кривизны, изменяемой в процессе работы механизма или при монтажно- демонтажных мероприятиях), вал привода спидометра автомобилей. 2. По функциональному назначению 2.1. валы передач, они несут на себе элементы, передающие вращающий момент (зубчатые или червячные колёса, шкивы, звёздочки, муфты и т.п.) и в большинстве своём снабжены концевыми частями, выступающими за габариты корпуса механизма; 2.2. трансмиссионные валы для распределения мощности одного источника к нескольким потребителям; 2.3. коренные валы валы, несущие на себе рабочие органы исполнительных механизмов (коренные валы станков, несущие на себе обрабатываемую деталь или инструмент называют шпинделями).

Классификация валов и осей (продолжение): 3. Прямые валы по форме исполнения и наружной поверхности 3.1. гладкие валы имеют одинаковый диаметр по всей длине; 3.2. ступенчатые валы содержат участки, отличающиеся друг от друга диаметрами; 3.3. полые валы снабжены осевым отверстием, простирающимся на большую часть длины вала; 3.4. шлицевые валы по внешней цилиндрической поверхности имеют продольные выступы – шлицы, равномерно расположенные по окружности и предназначенные для передачи моментной нагрузки от или к деталям, непосредственно участвующим в передаче вращающего момента; 3.5. валы, совмещённые с элементами, непосредственно участвующими в передаче вращающего момента (вал-шестерня, вал-червяк).

Конструктивные элементы валов представлены на рис Рис. 3. Основные элементы вала. С цапфами вала взаимодействуют элементы, обеспечивающие возможность его вращения, удерживающие вал в необходимом для нормальной работы положении и воспринимающие нагрузку со стороны вала. Подшипники элементы, воспринимающие радиальную нагрузку (или вместе с радиальной и осевую). Подпятники элементы, предназначенные для восприятия только осевой нагрузки. Буртик кольцевое утолщение вала малой протяжённости, составляющее с ним одно целое и являющееся ограничителем осевого перемещения самого вала или насаженных на него деталей. Заплечик торцовая поверхность между меньшим и большим диаметрами вала, служащая для опирания насаженных на вал деталей. Цапфы опорные части валов и осей, которые передают действующие на них нагрузки корпусным деталям. Шейка цапфа в средней части вала. Шип концевая цапфа, передающая на корпус только радиальную или радиальную и осевую нагрузки вместе. Пята концевая цапфа, передающая только осевую нагрузку. 3. Элементы конструкций

Галтель переходная поверхность от цилиндрической части вала к заплечику, выполненная обычно без удаления материала с цилиндрической и торцевой поверхности (рис б, в). Рис. 4. Различные способы оформления переходной части между цилиндрической поверхностью и заплечиком. Канавка небольшое углубление на цилиндрической поверхности вала (рис. 4. а, г, е) Поднутрение углубление малой протяжённости на торцевой поверхности заплечика вала, выполненное вдоль оси вала (рис. 4. д). Наклонная канавка (рис. 4. е) совмещает достоинства цилиндрической канавки и поднутрения. Цапфы валов могут иметь форму различных тел вращения (рис. 5): цилиндрическую, коническую или сферическую. Шейки и шипы чаще всего выполняют в форме цилиндра (рис. 5. а, б). Рис. 5. Разновидности цапф

Выходные концы валов (рис. 9.1; 9.7) обычно имеют цилиндрическую или коническую форму и снабжаются шпоночными пазами или шлицами для передачи вращающего момента. Рис. 6. Вал цилиндрической передачи в сборе с шестерней и подшипниками качения.

4. Материалы валов и осей Требования к материалам валов и осей: 1) высокая усталостная прочность (способность противостоять знакопеременным нагрузкам), 2) жесткостью (иметь высокий модуль упругости), 3) хорошая обрабатываемость. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют углеродистые и легированные стали. Малонагруженные валы изготавливают из углеродистых сталей Ст 5, Ст Качественные среднеуглеродистые стали марок 40, 45, 50 используют для валов стационарных машин и механизмов. Заготовку из этих сталей подвергают улучшающей термической обработке (HRCэ 36) перед механической обработкой. Валы точат на токарном станке, посадочные места и цапфы шлифуют на шлифовальном станке. 2. Среднеуглеродистые легированные стали марок 40Х, 45Х, 40ХН, 40ХНМА, 35ХГСА используют для валов ответственных передач подвижных машин (валы коробок передач гусеничных машин). Улучшающей термообработке (HRC 45) обычно подвергают деталь уже после предварительной токарной обработки. Посадочные поверхности и цапфы окончательно шлифуют на шлифовальных станках.

3. Мало- и среднеуглеродистые легированные стали марок 20Х, 12ХН3А, 18ХГТ, 25ХГТ, 38Х2МЮА идут на валы нагруженных передач, работающих в реверсивном режиме (шлицевые валы коробок передач колёсных машин). Вал, изготовленный с минимальным припуском под окончательную обработку, подвергается поверхностной химико-термической обработке (цементация, азотирование и т.п.), закаливается до высокой поверхностной твердости (HRCэ 55…65). Рабочие поверхности шлицов, посадочные поверхности и поверхности цапф шлифуются после термической обработки с целью получения необходимой точности.

Основными критериями работоспособности валов и вращающихся осей являются усталостная прочность и жёсткость. При расчете осей и валов их прочность оценивают по коэффициенту запаса усталостной прочности, а жёсткость – величиной прогиба под действием рабочих нагрузок, углом поворота отдельных сечений (чаще всего опорных сечений цапф) в плоскости осевого сечения и углом закручивания поперечных сечений под действием крутящего момента. Таким образом, основными расчётными нагрузочными факторами яв­ляются крутящие T и изгибающие M моменты. Влияние на прочность вала растягивающих и сжимающих сил само по себе незначительно и обычно не учитывается. Расчёт вала должен включать три основных этапа: 1) проектировочный расчёт, 2) проверочный расчёт. 5. Критерии работоспособности и расчет ВиО.

1. Какие детали называют валами и осями? 2. Какие деформации испытывают валы и оси? 3. Как классифицируют валы и оси? 4. Что называют цапфой, шипом, шейкой, пятой? 5. Какие материалы используют для изготовления валов и осей? 6. Что называют галтелью, наплечником, поднутрением, для чего они служат? 7. Что является критерием работоспособности валов и осей? 8. Какие виды расчётов для валов и осей вы знаете? Вопросы на закрепление

1. Вереина Л.И.. Техническая механика: учебник для среднего профессионального образования / Л. И. Вереина, М. М. Краснов. – 5-е изд., стер. – М. : Академия, – 352 с. с Конспект Домашнее задание