Общие сведения. Валы и оси предназначены для установки вращающихся деталей машин - зубчатых колёс, шкивов, звёздочек

Валы и оси предназначены для установки вращающихся деталей машин - зубчатых колёс, шкивов, звёздочек, сборочных единиц передач (например, муфт).

Ось - деталь, предназначенная только для поддержания установленных на ней деталей без передачи крутящего момента. Оси могут быть вращающимися (вагонные колёса, оси прицепной тележки) и неподвижными (полуось передних колёс заднеприводного автомобиля, ось зубчатого колеса ступенчатой коробки передач автомобиля для включения задней скорости).

а) б)

Рис. 138. Применение валов и осей в конструкции автомобиля:

а) - передняя балка автомобиля: 1 - неподвижная ось; 2 - поворотная цапфа; 3 - балка; б) - коробка передач ГАЗ 24: 1 - ось промежуточного вала; 2, 3 - ведущий и ведомый вал; 4 - ось зубчатого колеса заднего хода

Вал - это вращающаяся деталь машины, предназначенная для установки на ней деталей, передающих крутящий момент. В отличие от осей, работающих на изгиб, валы воспринимают изгиб и кручение. При действии осевых нагрузок (например, в косозубых, конических, гипоидных и червячных передачах), валы также воспринимают растяжение или сжатие. Примеры валов приведены на рис. 129.

б)

а) в)

Рис. 129. Валы автомобиля:

а) - карданный вал: 1 - вал; 2 - крестовина; 3 - стопорное кольцо; 4 - вилка;

б) - распределительный вал; в) - коленчатый вал

Валы классифицируют по следующим признакам:

- по назначению различают валы передач, несущие зубчатые колёса, звёздочки, шкивы, и коренные валы, несущие рабочие органы машин (например, ротор электродвигателя);

- по форме геометрической оси различают прямые (валы коробок передач), эксцентриковые (распределительный вал двигателя автомобиля), коленчатые (коленчатый вал двигателя), гибкие (привод спидометра автомобиля);

- по конструктивным признакам различают валы гладкие (карданный вал), ступенчато - переменного сечения вдоль оси (валы ступенчатых коробок передач), полые (валы автоматических коробок передач, карданный вал), валы - шестерни и валы - червяки.

Конструкцию валов определяют детали, установленные на нём, и расположение опор вала. В конструкции ступенчатого вала условно выделяют участки, опирающиеся на подшипник, и участки, на которых закреплены вращающиеся детали.

Рис. 130. Установка ступенчатого вала:

1 - ступенчатый вал; 2 - сальник; 3, 10 - передняя и задняя крышка;

4 - втулка; 5 - кольцо; 6, 8 - передний и задний подшипник;

7 - зубчатое колесо; 9 - корпус; 11 - стопорное кольцо

На поверхности вала условно выделяют следующие участки (рис. 130):

- цапфа или шейка (опорная часть вала или оси). Часто шейкой называют промежуточную цапфу, расположенную в средней части вала (например, поверхность вала для установки зубчатого колеса 7);

- заплечик (переходная торцевая поверхность от одного сечения вала к другому, предназначенная для упора деталей, установленных на валу);

- галтель (криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения вала к плоской поверхности заплечика, шейки или буртика);

- канавка (углубление на поверхности меньшего диаметра между соседними поверхностями валов) предназначена для плотного прилегания устанавливаемой детали или узла, выхода шлифовального круга при обработке поверхности, выхода резьбонарезного инструмента. Канавки повышают концентрацию напряжений.

Для закрепления деталей на концевом участке вала (зубчатых колёс, шкивов, звёздочек, муфт) используют цилиндрическую или коническую поверхность с применением шпоночного или шлицевого соединения для фиксации вращения детали вместе с валом. Для обеспечения фиксации детали в осевом направлении применяют гайки (рис. 131, а), упорные пружинные кольца (рис. 131, б), стопорные винты (рис. 131, в), клеммовые соединения (рис. 131, г).

а) б)

в) г)

Рис. 131. Осевое крепление деталей на валу:

а) - гайкой; б) - упорным кольцом; в) - стопорным винтом;

г) - клеммовым соединением

Цапфы валов и осей под подшипники качения выполняют цилиндрическими без крепления и с закреплением с помощью гаек и упорных колец. Цапфы под подшипники скольжения выполняют цилиндрическими (основное применение), коническими и сферическими (рис. 132).

а) б) в)

Рис. 132. Основные типы цапф валов и осей под подшипники скольжения:

а) - цилиндрические; б) - конические; в) - сферические

Основным материалом для изготовления валов и осей служат легированные стали. Для валов, основным критерием которых является жёсткость, используют углеродистые стали Ст4, Ст5. Для ответственных конструкций, когда основным критерием является прочность, используют термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали типа 40, 45, 40Х, 40ХН, 18ХГТ и др. Быстроходные валы на опорах скольжения изготавливают из цементуемых сталей типа 20Х, 19ХГН, 12ХН3А, 25ХГТ. Для ступенчатых коробок передач автомобилей материал и термообработку валов выбирают такими же, что и для зубчатых колёс.

Для изготовления коленчатых валов наряду со сталью применяют высокопрочные и модифицированные чугуны.