- •Вали, підшипники, муфти
- •Вали, підшипники, муфти
- •1. Осі та вали
- •1.1. Призначення, конструкції та матеріали
- •1.2. Критерії працездатності та розрахунку
- •1.3. Розрахунок на статичну міцність
- •1.3.1. Розрахунок осей
- •1.3.2. Розрахунок валів на кручення
- •1.3.3. Розрахунок валів на згин і кручення
- •1.4. Розрахунок на опір утоми
- •Для валів при зміні напружень по симетричному закону (коли вал не зазнає дії осьового навантаження)
- •1.5. Розрахунок на жорсткість
- •1.6. Розрахунок на коливання
- •Приклад розрахунку валу
- •1. Попередній розрахунок і конструювання валу
- •2. Розрахунок валу на статичну міцність
- •3. Перевірка валу на втомну міцність
- •Питання для самоконтролю до розділу "осі та вали"
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ
О.М. Хомяк, Б.Ф. Піпа, С.О. Ловейкіна
Вали, підшипники, муфти
Рекомендовано Вченою Радою
Київського національного університету технологій
та дизайну як навчальний посібник для студентів
денної та заочної форм навчання
КИЇВ КНУТД 2004
УДК 621.81
Х 76
Хомяк О.М., Піпа Б.Ф., Ловейкіна С.О. Вали, підшипники, муфти: Навчальний посібник. – К.: КНУТД, 2004. – 100 с.
Навчальний посібник являє собою третю частину курсів "Деталі машин", "Прикладна механіка" та "Основи конструювання та проектування", а його зміствідповідає навчальним програмам цих курсів.Посібник може бути використаний студентами усіх форм навчання при вивченні зазначених курсів, а також при самостійній роботі над відповідними дисциплінами.
У посібнику розглянуті призначення, область застосування, матеріали, конструкції, викладені основи розрахунку і проектування відповідних деталей машин. Наведено мінімально необхідні довідкові та нормативні матеріали, які можуть бути використані при виконанні розрахунково-графічних робіт і курсових проектів. Для полегшення процесу вивчення і більш тісного зв'язку загальноінженерної дисципліни зі спеціальними дисциплінами як приклади наведені деталі технологічного й іншого устаткування, яке застосовується на підприємствах легкої промисловості.
Іл. 55. Бібліогр.: 14 назв.
Рецензенти: Завідувач кафедри машин легкої промисловості КНУТД
докт. техн. наук, професор Орловський Б.В.
Завідувач кафедри технології та конструювання швейних виробів
докт. техн. наук, професор Березненко С.М.
Рекомендовано Вченою Радою Київського національного університету технологій та дизайну як навчальний посібник для студентів денної та заочної форм навчання, протокол № 4 від 24 листопада 2004 р.
© О.М. Хомяк, 2004
© КНУТД, 2004
Навчальне видання
Хомяк Олег Миколайович, Піпа Борис Федорович,
Ловейкіна Світлана Олексіївна
Вали, підшипники, муфти
Рекомендовано Вченою Радою
Київського національного університету технологій
та дизайну як навчальний посібник для студентів
денної та заочної форм навчання
1. Осі та вали
1.1. Призначення, конструкції та матеріали
Деталі машин, що обертаються, (зубчасті колеса, шківи, барабани і т. п.) встановлюють на осях або валах,які забезпечують постійне положення осі обертання цих деталей.
Осі – це деталі, призначені для підтримки деталей, що обертаються. Вони не передають корисного крутного моменту,і зазнають впливу тільки згинальнихмоментів.
За способом установки осі поділяють на нерухомі та рухомі.
Нерухома вісь під час роботи не обертається, а обертаються закріплені на ній деталі, наприклад, вісь канатного блоку чи барабану, вісь візка ланцюгового конвеєра, тощо. Нерухомі осі в процесі роботи піддаються однобічному згину і напруження, що виникають у матеріалі осей, не змінюють свого знака. Нерухомі осі дешевші, але вимагають установки підшипників у деталях, які закріплені на осі, що ускладнює конструкцію.
Рис. 1.1 – Конструкції осей
За конструкцією осі бувають гладкі (рис. 1.1, а) і ступінчасті (рис. 1.1, б), суцільні (рис. 1.1, а) і порожнисті (рис. 1.1, б). Ступінчасті осі застосовуються для закріплення деталей на осі або осі на корпусі машини, порожнисті осі – для зменшення маси абопри необхідності пропустити через вісь іншу деталь, підвести мастило та ін.
Вали – це деталі, призначені для передачі крутних моментів вздовж своєї осі та для підтримки деталей машин, що обертаються. Крутні моменти передаються за допомогою сил, що діють на вали (наприклад, у зачепленні зубчастих або черв'ячних передач, натягу пасів і т. п.). Тому на вали діють також згинальні моменти і осьові навантаження.
За призначенням вали поділяються на вали передач та корінні вали машин. На валах передач установлюють зубчасті колеса, шківи, муфти та інші деталі передач, на корінних валах – не тільки деталі передач, але і маховики, затискні патрони, кривошипи і т. п.
За формою геометричної осі розрізняють вали прямі, колінчастіі гнучкі. Найбільш поширені прямі вали (рис. 1.2, а). Вони застосовуються в редукторах, металорізальних верстатах, підйомно-транспортних машинах, машинах легкої промисловості та ін.Колінчасті вали (рис. 1.2, б) застосовуються в кривошипно-шатунних механізмах для перетворення обертального руху в зворотно-поступальний, або навпаки. Колінчасті вали використовуються в двигунах внутрішнього згоряння, насосах, швейних та основов‘язальних машинах, пресах і т. д.
Рис. 1.2 – Конструкції валів
Колінчасті та гнучкі вали відносяться до спеціальних деталей і докладно розглядаються при вивченні спеціальних курсів.
Конструктивні форми прямих валів визначаються їхнім призначенням, характером і величиною прикладених до них навантажень, способом закріплення насаджених на вали деталей і умовами складання вузла, технологією виготовлення і т. д.
Прямі вали бувають постійного діаметра по всій довжині (наприклад, трансмісійні) і ступінчасті (рис. 1.2, а). Найбільше поширення одержали ступінчасті вали як більш зручні при складанні. Ступінчаста форма вала дозволяє забезпечити вільний прохід насаджуваних на вал деталей до своїх посадкових поверхонь, а уступи валів можуть сприймати великі осьові сили. Застосування ступінчастих валів виправдане також умовами рівноміцності, тому що моменти,що діють на вал, у різних перерізах мають неоднакові значення. Крутний момент, як правило, передається не по всій довжині вала. Епюри згинальних моментів до кінцевих опор чи до кінців валів найчастіше сходять до нуля. Тому за умовою міцності доцільно конструювати вали змінного поперечного перерізу, що наближаються до валів рівного опору, оскільки вони менш металомісткі.
Іноді вали виготовляють заодно з шестернями, черв'яками, тощо.
Вали можуть бути суцільними і порожнистими. Порожнисті вали відрізняються меншою масою і меншою чутливістю до концентрації напружень. Так при практично однаковій міцності суцільного вала діаметра d і порожнистого того ж зовнішнього діаметра з внутрішнім діаметром d1 =0,5d маса останнього на 25 % менше масисуцільного вала. Порожнисті зварені вали, виготовлені зі стрічки, розташованої по гвинтовій лінії, дозволяють зменшити масу до 60 %. При малих габаритних розмірах проектованої машини в порожнинах валів можна розмістити інші деталі: вали, тяги керування і т. д. Однак вартість порожнистих валів звичайно більше вартості валів суцільного перерізу; їх застосовують у випадках, коли потрібно зменшити масу конструкції (наприклад у літаках, і т. п.).
Рис. 1.3 – Конструкції
цапф
П'ята – опорна частина вала, розташована в його торці (рис. 1.4). П'яти бувають плоскими (рис. 1.4, а, б), конічними (рис. 1.4, в) і гребінчастими (рис. 1.4, г). Найбільше поширення одержали плоскі п'яти, що бувають суцільними (рис. 1.4, а) і кільцевими (рис. 1.4, б). Гребінчасті п'яти застосовуються при дії на вали великих осьових навантажень.Посадкові поверхні валів, на які насаджують деталі, виконують циліндричними або конічними.
Рис. 1.4 – Конструкції п’ят
Рис. 1.5 – Перехідні ділянки валів
Довжина суцільних валів за умовами виготовлення, транспортування і монтажу не повинна перевищувати 6–7 м. Довгі вали роблять складеними, окремі частини їх з'єднують за допомогою муфт чифланців.
Діаметри посадкових поверхонь (під ступиці коліс, шківів, зірочок) варто вибирати зі стандартного ряду посадкових розмірів, а діаметри посадкових поверхонь під підшипники кочення – зі стандартного ряду внутрішніх діаметрів підшипників.
Кінці валів, призначені для установки деталей, що передають крутні моменти стандартизовані. Вони можуть бути циліндричними і конічними з різьбовим кінцем або різьбовим отвором у торці для закріплення посадженої на вал деталі (рис. 1.6).
Рис. 1.6 – Кінці валів
Технічні умови на виготовлення вала залежать від вимог до конструкції. Обробку валів роблять зазвичай в центрах. Найбільш жорсткі вимоги щодо точності геометричної форми пред'являються до шийок валів, на які встановлюються підшипники кочення. Овальність і конусність місць посадки визначається допуском на діаметр шийки. Шорсткість шийок призначають Rа=0,32...1,25 мкм.
Вибір матеріалу, термічної та хіміко-термічної обробки визначається конструкцією вала й опор, умовами експлуатації. Основними матеріалами для валів і осей є вуглецеві та леговані сталі, які мають високу міцність, здатність до зміцнення, добре обробляються на верстатах, дозволяють легко одержати необхідні циліндричні заготовки шляхом прокатки. Вали та осі, для яких основним критерієм є жорсткість, не піддають термообробці. Вони виготовляються з вуглецевих сталей Ст 4, Ст 5, Сталь 25, 30, 35, 40, 45. Осі і вали, до несучої здатності і довговічності робочих поверхонь яких пред'являються підвищені вимоги, виготовляють із середньовуглецевих чи легованих сталей 35, 40, 40Х, 40ХН та ін. Для підвищення зносостійкості цапф валів, що обертаються в підшипниках ковзання, вали виготовляють зі сталей 20, 20Х, 12ХН3А та інших з наступною цементацією і загартуванням цапф. Відповідальні важконавантажені вали виготовляють з легованих сталей 40ХН, 40ХНМА, 30ХГТ та ін. Важконавантажені вали складної форми, наприклад колінчасті вали двигунів, виготовляють також з модифікованого чи високоміцного чавуну.