Что такое ось?
Вал — это, по сути, вращающаяся часть любой машины, имеющая круглое поперечное сечение, используемая для передачи мощности от одной части к другой или от машины, генерирующей энергию, к машине, поглощающей энергию. Для передачи мощности один конец вала подключен к источнику энергии, а другой конец - к машине. Валы могут быть цельными или полыми по желанию, при этом полые валы помогают снизить вес и обеспечить преимущества.
Общее описание оси
Вал – один из очень важных элементов, используемых в машинах. Они используются для поддержки вращающихся частей, таких как шкивы и шестерни. Они поддерживаются подшипниками, расположенными в жестком корпусе машины. Шестерни и шкивы, расположенные на валах, помогают передавать движение.
Многие другие вращающиеся элементы закреплены на валу. Валы подвергаются изгибающим моментам и скручиванию из-за сил реакции элементов, которые они поддерживают, и крутящего момента, создаваемого передачей мощности.
Вал всегда имеет круглое сечение и может быть полым или сплошным. Валы можно классифицировать как коленчатые, линейные валы, шарнирные валы или гибкие валы, но линейные валы обычно используются для передачи мощности.
Валы обычно изготавливаются в виде крутых цилиндрических стержней, так что они имеют разные диаметры по всей длине, хотя валы постоянного диаметра легко изготовить.
Величина напряжения в ступенчатом валу зависит от его длины. Валы одинакового диаметра непригодны для разборки, сборки, обслуживания и создают сложности при креплении установленных на них деталей, особенно подшипников.
2
Тип вала
01
трансмиссионный вал
Эти валы представляют собой ступенчатые валы, используемые для передачи мощности от одного источника к другой машине, которая поглощает мощность. Устанавливается на ступенчатой части вала-шестерни, ступицы или шкива для передачи движения.
Примеры: верхние валы, золотники, промежуточные валы и все заводские валы.
картина
02
Механическая ось
Эти оси расположены внутри узла и являются неотъемлемой частью станка.
Пример: Коленчатый вал в двигателе автомобиля является машинным валом.
картина
03
полуось
Эти валы поддерживают вращающиеся элементы, например колеса, которые могут быть установлены в корпусах с подшипниками, но валы являются невращающимися элементами. В основном они используются в транспортных средствах.
Пример: оси автомобилей.
картина
04
Шпиндель
Это вращающиеся части машины, в которых расположены инструменты или рабочее пространство. Это короткие валы, используемые в машинах.
Пример: Шпиндель токарного станка.
картина
3
Материал вала
Обычно для изготовления валов используется мягкая сталь. Если требуется высокая прочность, используются легированные стали, такие как никель-хромовая, никелевая и хром-ванадиевая сталь. Их формируют методом горячей прокатки, холодной вытяжки и шлифования. Обычно для изготовления обычных валов используются углеродистые стали марок 50С12, 50С4, 45С8, 40С8.
Материал, из которого изготовлен вал, должен обладать следующими свойствами:
Материалы должны обладать высокой прочностью;
Материалы должны обладать высокой износостойкостью;
Материалы должны обладать свойствами термической обработки;
Материалы должны иметь хорошие механические свойства;
Материал должен иметь низкую чувствительность к надрезам.
4
Стандартный размер вала
Механическая ось
До 25 мм с шагом 0,5 мм.
трансмиссионный вал
Типоразмер вала – длина шага;
длина шага от 25 мм до 60 мм-5 мм;
Длина шага от 60 мм до 100 мм-10 мм;
Длина шага от 110 мм до 140 мм-15 мм;
Шаг от 140 мм до 500 мм - 20 мм.
Оси станков выпускаются стандартных размеров до 25 мм с шагом 5 мм. Стандартная длина шахт составляет 5, 6 и 7 метров, но обычно требуется от 1 до 2 метров.
5
напряжение в валу
Напряжение, возникающее в валу, равно:
Касательное напряжение из-за передачи крутящего момента (крутящий момент из-за скручивающей нагрузки);
Изгибающие напряжения, имеющие сжимающую или растягивающую природу, вызванные силами, действующими на механические элементы, такие как шкивы и шестерни, а также собственным весом вала;
Комбинированные напряжения, вызванные изгибающими и скручивающими нагрузками.
Максимально допустимое касательное напряжение расчетного напряжения составляет:
1. Вал имеет нагрузку 56000 кН/м2, имеется место для шпоночного паза.
2. Вал составляет 42000 кН/м2 без шпоночного паза.
Максимально допустимое напряжение изгиба составляет:
1. Вал имеет нагрузку 112 000 кН/м2, имеется место для шпоночного паза.
2. Вал составляет 84000 кН/м2 без шпоночного паза.
6
Изготовление валов
Вал изготавливается методом горячей прокатки. Прочность вала выше при холодной прокатке по сравнению с горячей прокаткой, однако холодная прокатка вызывает высокие остаточные напряжения, вызывающие деформацию вала в процессе обработки. Процесс ковки используется для создания валов большего диаметра.
После завершения прокатки конец вала обрабатывается, один конец вала устанавливается на контрольную машину, а другой конец вала опирается на револьвер токарного станка. Для обработки вала инструмент удерживается на месте держателем инструмента, а при включении питания патрон начинает вращать вал.
Циферблатные индикаторы используются для проверки концентричности вала перед механической обработкой и выполнения различных операций, таких как точение, торцевание, нарезание канавок и конусное точение в зависимости от назначения. Крупносерийные станки с ЧПУ и другие приложения лучше всего подходят для процессов окончательной обработки. Его также можно обработать на двустороннем станке с ЧПУ, при этом ось зажата между вращением инструмента и приспособлением.
Чтобы добиться концентричности и округлости, вращающиеся инструменты должны быть обращены друг к другу по осевым линиям. Приводные валы и двигатели часто изготавливаются с использованием этого процесса.
7
Вал привода
Мы знаем, что вал используется для передачи мощности, поэтому для расчета передачи мощности используется формула: P=2πnT/60. Среди них P — передаваемая мощность (Вт); n – количество оборотов в минуту (об/мин); T — крутящий момент в Н·м.
Скорость осей для различных применений:
1. Машины: 100~200;
2. Деревообрабатывающее оборудование: 250~700;
3. Текстильная промышленность: 300~800;
4. Цех легкого машиностроения: 150~300;
5. Вспомогательный вал: 200~600.
8
Конструкция вала
Валы могут быть спроектированы с помощью двух разных процессов, основанных на различных соображениях нагрузки:
1. Конструкция вала, основанная на прочности. Приводные валы обычно подвержены изгибающим моментам, крутящим моментам, осевым натяжениям и их комбинациям. Обычно подшипники подвергаются сочетанию скручивающих и изгибающих напряжений.
Растягивающее напряжение подшипника:
Растягивающее напряжение=P/A
Среди них A=(π/4)xD2, D — диаметр вала в мм.
Изгибающий момент подшипника:
Напряжение изгиба=(MbxY)/I
Среди них изгибающий момент Mb=; Y=D/2, где D — диаметр; I=момент инерции=(πxD4)/64
Крутящий момент подшипника:
Крутильное напряжение=MtxR/J
Среди них крутящий момент Mt=; R=D/2, где D – диаметр; J=полярный момент инерции=(πxD4)/32
2. Конструкция вала с учетом жесткости.
Приводной вал считается жестким на основе жесткости на кручение, если вал не скручивается слишком сильно.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Среди них Mt=крутящий момент, мм в Н; J=полярный момент инерции=(πxD4)/32; D=диаметр вала (мм); θ=угол кручения; G=модуль жесткости, Н/мм2.
9
Преимущества и недостатки валов
Преимущества вала
У них меньше шансов застрять;
Они требуют меньшего обслуживания, чем цепные системы;
Они обладают высокой прочностью на скручивание;
Они имеют высокие значения полярного момента инерции;
Они очень сильны и вряд ли потерпят неудачу;
Внутренняя форма полых валов полая, поэтому для них требуется меньше материала;
При одинаковой величине передачи крутящего момента полый вал легче по весу, чем сплошной вал;
У них очень большой радиус вращения.
Недостатки вала
У них есть потери мощности из-за слабой связи;
Они вибрируют при вращении;
Они производят постоянный шум;
Более высокие затраты на производство и обслуживание;
Сложный в изготовлении;
Изменить скорость оси непросто;
Длительные простои из-за механических проблем;
Капли масла на верхних валах;
Использование эластомерных муфт (например, рессорных муфт) может привести к потерям скорости между валами;
Если вал выйдет из строя, его ремонт займет много времени.
