Що таке вісь?
Вал — це, по суті, обертова частина будь-якої машини з круглим поперечним перерізом, яка використовується для передачі енергії від однієї частини до іншої або від машини, що генерує електроенергію, до машини, що поглинає енергію. Для передачі потужності один кінець вала під’єднується до джерела струму, а інший — до машини. За бажанням вали можуть бути суцільними або порожнистими, при цьому порожнисті вали допомагають зменшити вагу та надають переваги.
Загальна характеристика осі
Вал є одним з дуже важливих елементів, які використовуються в машинах. Вони використовуються для підтримки обертових частин, таких як шківи та шестерні. Вони спираються на підшипники, розташовані в жорсткому корпусі машини. Шестерні та шківи, розташовані на валах, допомагають передавати рух.
Багато інших обертових елементів закріплені на валу. Вали піддаються згинальним моментам і крученню через сили реакції опорних елементів і крутний момент, створений передачею потужності.
Вал завжди має круглий переріз і може бути порожнистим або суцільним. Вали можна класифікувати як колінчасті вали, лінійні вали, шарнірні вали або гнучкі вали, але лінійні вали зазвичай використовуються для передачі потужності.
Вали зазвичай конструюють у вигляді крутих циліндричних стрижнів, так що вони мають різні діаметри по всій довжині, хоча вали з постійним діаметром легко виготовити.
Величина напруги в ступінчастому валу змінюється залежно від його довжини. Вали з однаковим діаметром непридатні для розбирання, складання, обслуговування, і ці вали створюють ускладнення при кріпленні встановлених на них деталей, особливо підшипників.
2
Тип валу
01
трансмісійний вал
Ці вали є ступінчастими, які використовуються для передачі енергії між одним джерелом до іншої машини, яка поглинає енергію. Встановлюється на ступінчасту частину вала шестерні, втулки або шківа для передачі руху.
Приклади: верхні вали, золотники, проміжні вали та всі заводські вали.
картина
02
Механічна вісь
Ці осі розташовані всередині вузла і є невід'ємною частиною машини.
Приклад: колінчастий вал двигуна автомобіля є валом машини.
картина
03
півосі
Ці вали підтримують обертові елементи, такі як колеса, які можуть бути встановлені в корпусах з підшипниками, але вали є неповоротними елементами. В основному вони використовуються в транспортних засобах.
Приклад: осі в автомобілях.
картина
04
Шпиндель
Це обертові частини машини, в яких розміщені інструменти або робоче місце. Це короткі вали, які використовуються в машинах.
Приклад: шпиндель токарного верстата.
картина
3
Матеріал валу
Як правило, для валів використовується м’яка сталь. Якщо потрібна висока міцність, використовують леговані сталі хромонікелеву, нікелеву, хромованадієву. Вони формуються гарячою прокаткою і холодним витягуванням і шліфуванням. Для звичайних валів зазвичай використовуються вуглецеві сталі 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Матеріал, який використовується для стрижня, повинен мати такі властивості:
Матеріали повинні мати високу міцність;
Матеріали повинні мати високу зносостійкість;
Матеріали повинні мати властивості термообробки;
Матеріали повинні мати хороші механічні властивості;
Матеріал повинен мати низьку чутливість до надрізу.
4
Стандартний розмір валу
Механічна вісь
До 25 мм із кроком 0,5 мм.
трансмісійний вал
Типорозмір валу - довжина кроку;
Довжина кроку від 25 мм до 60 мм-5 мм;
від 60 мм до 100 мм-10мм довжина кроку;
довжина кроку від 110 мм до 140 мм-15мм;
140–500 мм - 20мм.
Машинні осі доступні стандартних розмірів до 25 мм з кроком 5 мм. Для валів стандартна довжина становить 5 м, 6 м і 7 м, але зазвичай це 1-2 м.
5
напруга у валу
Напруга, що виникає у валу, становить:
Напруга зсуву внаслідок передачі крутного моменту (крутний момент внаслідок торсійного навантаження);
Напруги згину, які за своєю природою є стискаючими або розтягуючими, через сили, що діють на механічні елементи, такі як шківи та шестерні, і власну вагу вала;
Комбіновані напруги, викликані навантаженнями на згин і кручення.
Максимально допустима напруга зсуву розрахункової напруги становить:
1. Вал становить 56000 кН/м2, і є місце для шпонкової канавки.
2. Вал становить 42000 кН/м2 без припуску на паз.
Максимально допустима напруга на вигин становить:
1. Вал становить 112000 кН/м2, і є місце для шпонкової канавки.
2. Вал становить 84000 кН/м2 без припуску на паз.
6
Виготовлення валів
Вал виготовляється методом гарячої прокатки. Міцність вала вища при холодній прокатці порівняно з гарячою, але холодна прокатка викликає високі залишкові напруги, які спричиняють деформацію валу під час обробки. Процес кування використовується для створення валів більшого діаметру.
Після завершення прокатки кінець вала обробляється, один кінець вала встановлюється на оглядовий верстат, а інший кінець вала підтримується револьверною головкою токарного верстата. Щоб закінчити вал, інструмент утримується на місці тримачем інструменту, а при включенні живлення патрон починає обертати вал.
Циферблатні індикатори використовуються для перевірки концентричності вала перед механічною обробкою та виконання різних операцій, таких як точіння, облицювання, обробка канавок і конусне точіння залежно від мети. Великі обсяги, ЧПК та інші додатки найкраще підходять для кінцевих процесів обробки. Його також можна обробити за допомогою двостороннього верстата з ЧПК із віссю, затиснутою між інструментом обертання та пристосуванням.
Для досягнення концентричності та округлості інструменти, що обертаються, повинні бути спрямовані один до одного по центральних лініях. За допомогою цього процесу часто виготовляють приводні вали та двигуни.
7
Привідний вал
Ми знаємо, що для передачі потужності використовується вал, тому для розрахунку передачі потужності використовується формула: P=2πnT/60. Серед них P - передана потужність (Вт); n - кількість обертів за хвилину (об/хв); T — крутний момент у Н·м.
Швидкість осей для різних застосувань:
1. Машини: 100 ~ 200;
2. Деревообробне обладнання: 250 ~ 700;
3. Текстильна промисловість: 300 ~ 800;
4. Майстерня легкої техніки: 150 ~ 300;
5. Допоміжний вал: 200~600.
8
Конструкція валу
Вали можуть бути розроблені за допомогою двох різних процесів на основі різних міркувань навантаження:
1. Конструкція валу на основі міцності Привідні вали зазвичай чутливі до згинальних моментів, крутних моментів, осьових натягів та їх комбінацій. Як правило, підшипники навантажуються комбінацією напруг кручення та згину.
Розтягуюча напруга підшипника:
Розтягуюча напруга=P/A
Серед них A=(π/4)xD2, D – діаметр вала в мм.
Згинальний момент підшипника:
Напруга згину=(MbxY)/I
Серед них Mb=згинальний момент; Y=D/2, де D – діаметр; I=момент інерції=(πxD4)/64
Крутний момент підшипника:
Напруга кручення=MtxR/J
Серед них Mt=крутний момент; R=D/2, де D – діаметр; J=полярний момент інерції=(πxD4)/32
2. Конструкція валу на основі жорсткості
Карданний вал вважається жорстким на основі жорсткості на кручення, якщо вал не скручується надто сильно.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Серед них Mt=крутний момент мм у Н; J=полярний момент інерції=(πxD4)/32; D=діаметр валу (мм); θ=кут кручення; G=модуль жорсткості Н/мм2.
9
Переваги та недоліки валів
Переваги вала
У них менше шансів застрягти;
Вони потребують менше обслуговування, ніж ланцюгові системи;
Мають високу міцність на кручення;
Вони мають високі значення полярного моменту інерції;
Вони дуже міцні і навряд чи вийдуть з ладу;
Внутрішня форма порожнистих валів порожниста, тому вони вимагають менше матеріалу;
За такого ж значення передачі крутного моменту порожнистий вал легший за вагу, ніж суцільний вал;
Вони мають дуже великий радіус обертання.
Недоліки валу
Вони мають втрату потужності через слабке з’єднання;
Вони вібрують під час обертання;
Видають постійний шум;
Більш високі витрати на виробництво та обслуговування;
Складність у виготовленні;
Змінити швидкість осі непросто;
Тривалий простой через механічні проблеми;
Краплі масла на верхніх валах;
Використання еластомерних муфт (таких як муфти з листовими пружинами) може призвести до втрати швидкості між валами;
Якщо вал вийшов з ладу, ремонт займе багато часу.
