Тема 3. Детали вращения

Валы и оси

Валом называется вращающаяся деталь, предназначенная для поддержа­ния насаженных на нес деталей и передачи вращающего момента. Осьюна­зывается неподвижная или вращающаяся деталь, служащая для поддержания насаженных деталей. Ось вращающего момента не передает.

Классификация валов.В зависимости от назначения валы бывают:

коренные — воспринимают работу машины (валы двигателей, шпиндели);

передаточные — передают момент;

трансмиссионные — распределяют момент между отдельными потребите­лями.

Вал, от которого передается момент, называется ведущим, а вал, к кото­рому передается, — ведомым. Передаточные валы являются одновременно и ведущими, и ведомыми.

В зависимости от конструкции валы бывают: гладкие (рис. 1, а), ступенчатые (рис. 1, 6), фасонные (рис. 1, в), а также сплошные и полые.

Рис.1

Валы делаются полыми по конструктивной необходимости (подача мас­ла, охлаждение воды, электропривода, один вал расположен внутри друго­го). Чтобы полый вал был легче, должно выполняться условие (рис. 2).

Рис.2

Если = 0,2÷0,3, он будет еще тяжелее. В целях облег­чения делаются полые, шлицевые валы, валы-шестерни, валы с наружной или внутренней резьбой.

Элементы вала.Часть вала, находящаяся в подшипнике, называется цап­фой (рис. 3.). Цапфа на конце вала называется шипом, на середине вала шейкой. Если цапфа воспринимает осевую нагрузку, она называется пятой, аподшипник - подпятником.

Рис.3

Пяты бывают сплошные (рис. 4 а)и кольцевые (рис. 4, б), иногда гребенчатые.

Рис.4

Местное увеличение диаметра для восприятия осевой нагрузки называется буртом, плавный перс-ход сечения — галтелью (см. рис. 3.). На валах бы­вает проточка или наплавка для установки стопора.

Для вала чаще всего используется сталь 45, Ст5, иногда в коробках передач - сталь 40Х или другая.

Расчет оси.Ось работает только на изгиб. Диаметр оси определяется по формуле

где М_И — изгибающий момент;

[G] — допускаемое напряжение.

Если ось неподвижна, принимается [G_о] - предел выносливости при ну­левом цикле напряжения, если вращается, то [G_-1] - предел выносливости при симметричном цикле напряжения, так как нагрузка при этом смещена по направлению осевой силы.

Расчет вала.Расчет состоит из четырех стадий:

1) ориентировочный расчет;

2) эскизная компоновка (создание конструкции вала);

3) проверка на совместное действие изгиба и кручения;

4) уточненный расчет (проверка на усталость).

При ориентировочном расчете определяется диаметр выходного конца вала из условия прочности на кручение:

где Т — вращающий момент;

[τ_кр] — допускаемое напряжение кручения.

Полученный диаметр округляется до стандартного.

Допускаемое напряжение принимается в зависимости от марки стали:

Марка стали	Ст3	Ст4	Ст5	Сталь45	Сталь40Х
[τкр], МПа

Подшипники

Подшипникомназывается опора вращающейся детали (оси, вала, ролика, блока). Подшипник расположен под шипом вала, отсюда и название — под­шипник. Простейшим подшипником является втулка.

В зависимости от рода трения различают подшипники скольжения и подшипники качения. В зависимости от воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

радиальные — несут только радиальную нагрузку;

радиально-упорные — воспринимают радиальную и осевую нагрузки;

упорные — воспринимают осевую нагрузку.

Подшипники скольжения

В подшипнике скольжения действует трение скольжения. Подшипник состоит из корпуса и антифрикционного вкладыша или втулки. Между вкла­дышем и цапфой обязательно должен быть масляный слой.

Достоинства: • большая допускаемая нагрузка; •большая допускаемая частота вращения; • бесшумность; • небольшие радиальные размеры; • возможность установки на коленвалы.

Недостатки: •низкий КПД, большие потери на трение; • сложность эксплуатации; • сложность смазки; • большой расход смазки; •ограниченная взаимозаменяемость(только в пределах однотипных машин); • применение дорогостоящих антифрикционных материалов.

Корпус подшипника - чугунный, вкладыш - антифрикционный. Мате­риалом для подшипника служит бронза, баббит, антифрикционный чугун, пластмасса, дерево, графит, металлографит, фторопласт, капралон.

Смазка подшипников бывает: периодическая, кольцевая, капельная, смаз­ка под давлением, циркулярная. КПД равен 0,95 ÷ 0,96.

Расчет подшипников скольжения. При расчете диаметр вкладыша прини­мается равным диаметру цапфы (рис. 5).

Рис.5

Длина вкладыша

l=(0,5÷1,3)·d

Проводится проверка на выдавливание смазки и нагрев:

, Pv ≤ [Pv],

где R -радиальная нагрузка;

S=dl - площадь проекции цапфы;

- окружная скорость.

Допускаемые значения [Р] и [Pv] зави­сят от материала, из которого изготовлен подшипник:

Материал	[P], МПа	[Pv], МПа м/с
Бронза	4÷6	4÷6
Баббит	6÷10	15÷20
Чугун	2÷4	1÷3

Подшипники качения

В подшипниках качения действует трение качения. Подшипник состоит из наружного кольца, внутреннего кольца, тел качения и сепаратора (рис. 6).

В зависимости от тел качения подшипники бывают шариковые и роликовые.

Рис.6

Достоинства: • высокий КПД (η= 0,99); • низкая стоимость; • хорошая взаимозаменяемость; • простота обслуживания.

Недостатки: • шум при работе; • ограниченная нагрузка и частота вращения; • большие радиальные размеры.