Конструктивные элементы. Материалы валов и осей

Цапфы — опорные части вала или оси. Их подразделяют на шипы, шейки и пяты.

Шипом называют цапфу, расположенную на конце вала или оси и передающую преимущественно радиальную силу (см. рис. 27.2).

Шейкой называют промежуточную цапфу вала или^рси.

Опорами для шипов и шеек служат подшипники.

Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими или сферическими. В большинстве случаев применяют цилиндрические цапфы.

Пятой называют цапфу, передающую осевую силу (рис. 27.3). Опо­рами для пят служат подпятники. Пяты по форме бывают сплошными (рис. 27.3, а), кольцевыми (рис. 27.3, б) и гребенчатыми (рис. 27.3, в). Гребенчатые пяты применяются редко.

Рис. 27.3. Пяты

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и коническими (см. рис. 27.2). При посадках с натягом диаметр этих поверхностей принимают больше диаметра соседних участков для удобства напрессовки других деталей и снижения концентрации напряжений (см. рис. 27.2). Диаметры поса­дочных поверхностей и диаметры под подшипники скольжения выби­рают из ряда нормальных линейных размеров (см. § 27.4), диаметры под подшипники качения —по стандартам на подшипники.

Конические концы валов (см. рис. 27.2) изготовляют с конусностью 1:10. Их применяют для облегчения монтажа устанавливаемых на вал деталей.

Переходные участки валов и осей между двумя ступенями разных диаметров выполняют:

а) с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 27.4, а);

б) с галтелью постоянного радиуса рис. 27.4, б (галтель — поверх­ность плавного перехода от ступени меньшего сечения к большему);

в) с галтелью переменного радиуса (рис. 27.4, в).

Рис. 27.4. Переходные участки вала

П ереходные участки являются концентрато­рами напряжений. Эффективным средством для снижения концентрации напряжений на переход­ных участках является повышение их податливо­сти путем выполнения разгрузочных канавок (рис. 27.5, а), увеличения радиусов галтелей, вы­полнения отверстий в ступенях большего диа­метра (рис. 27.5, б). Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей повышает несущую способность валов и осей.

Материалы валов и осей должны хорошо обра­батываться, быть прочными и иметь высокий мо­дуль упругости. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют углеродистые и легированные ста­ли, из которых преимущественно изготовляют валы и оси. Для валов и осей без упрочняющей термо­обработки применяют стали марок Ст5, Стб; для валов с термообра­боткой — стали марок 45, 40Х (см. табл. 12.1); для высоконапряженных валов ответственных машин —стали марок 40ХН, 30ХГСА. Быстро­ходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготовляют

из сталей марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ. Цапфы этих валов цементуют для повышения износостойкости (наибольшую износостойкость имеют хромированные валы).

Валы и оси обрабатывают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных

Общие сведения

В современном машиностроении большинство машин состоит из сборочных единиц (узлов) и механизмов. Для обеспечения кинематической и силовой связи валы узлов соединяют муфтами.

Муфтой - называется устройство для соединения концов валов или для соединения валов со свободно сидящими на них деталями (зубчатые колеса, звездочки и т. д.).

Назначение муфт — передача вращающего момента без изменения его значения и направления. В ряде случаев муфты дополнительно поглощают вибрации и толчки, предохраняют машину от аварий при перегрузках, а также используются для включения и выключения рабочего механизма машины без останова двигателя.

Классификация муфт

Многообразие требований, предъявляемых к муфтам, и различные условия их работы обусловили создание большого количества конструкций муфт, которые классифицируют по различным признакам на группы.

По принципу действия:

1) постоянные муфты, осуществляющие постоянное соединение валов между собой;

2) сцепные муфты, допускающие во время работы сцепление и расцепление валов с помощью системы управления;

3) самоуправляемые муфты, автоматически разъединяющие валы при изменении заданного режима работы машины.

По характеру работы:

1) жесткие муфты, передающие вместе с вращающим моментом вибрации, толчки и удары;

2) упругие муфты, амортизирующие вибрации, толчки и удары при передаче вращающего момента благодаря наличию упругих элементов — различных пружин, резиновых втулок и др.

Группы (механические, гидродинамические, электромагнитные). Рассматриваются только механические муфты. Электромагнитные и гидравлические муфты изучают в специальных курсах.

Подгруппы:
1) жёсткие,
2) компенсирующие,
3) упругие,
4) предохранительные,
5) обгонные.
Виды:
1) фрикционные, 2) с разрушаемым элементом.
Конструктивные исполнения:
1) кулачковые,
2) шариковые,
3) зубчатые,
4) фланцевые,
5) втулочно-пальцевые,
6)втулочные.

Глухие муфты

Глухие муфты соединяют соосные валы в одну жесткую линию. Относятся к постоянным муфтам. Применяются в тихоходных приводах. Из различных видов глухих муфт наибольшее распространение получили втулочные и фланцевые муфты.

Втулочная муфта собой втулку, насаживаемую на концы валов рис. 3.3.1. Применяется для передачи небольших вращающих моментов. Имеет простую конструкцию, малые габариты и низкую стоимость. Недостатком муфты является неудобный монтаж и демонтаж, связанные с осевым смещением валов или муфты вдоль вала. Материал втулки — сталь 45. Втулочную муфту выбирают по стандарту. Шпоночное соединение проверяют на прочность.

 

Рисунок 3.3.1 Втулочная муфта

 

Фланцевая муфта состоит из двух полумуфт с фланцами, стянутыми болтами рис. 3.3.2, причем половина болтов установлена с зазором, а другая — без зазора. Фланцевые муфты соединяют отдельные части валопровода в один вал, работающий как целый. Для того, чтобы этот составной вал оставался прямолинейным, необходима строгая соосность его частей и пригонка полумуфт, в противном случае неизбежны изгиб вала, его биение и появление дополнительных нагрузок на опоры. Фланцевые муфты просты по конструкции, надежны в работе, могут передавать большие моменты. Они широко распространены в машиностроении. Материал полумуфт — сталь 40 или сталь 35Л, допускается также чугун СЧ20. Эти муфты выбирают по стандарту и проводят проверочный расчет болтов на прочность.

 

Рисунок 3.3.2 Фланцевая муфта