Валы – детали машин, предназначенные для обеспечения взаимодействия размещенных на них деталей механических передач. Взаимодействовать могут подвижные детали с подвижными, например, шестерни в зубчатой передаче, а также подвижные детали с неподвижными. Например, опоры с подшипниками качения, которые воспринимают нагрузку от валов, передают ее неподвижному корпусу и таким образом дают возможность работать передаче. Это взаимодействие обеспечивает передачу крутящего момента вдоль осевой линии вала.
Валы машин, которые кроме деталей передач несут рабочие органы машины, называются коренными. Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем. Вал, распределяющий механическую энергию по отдельным рабочим машинам, называется трансмиссионным. В отдельных случаях валы изготовляют как одно целое с цилиндрической или конической шестерней (вал-шестерня) или с червяком (вал-червяк).
По форме геометрической оси валы бывают прямые и гибкие (с изменяемой формой оси). Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения.
На рис. 1 показаны прямые валы: гладкий (а), ступенчатый (б) и коленчатый (в). Ступенчатые валы являются наиболее распространенными. Для уменьшения массы или для размещения внутри них других деталей валы иногда делают с каналом по оси. В отличие от сплошных такие валы называют полыми.
Рис. 1. Валы
Видео:Чтение машиностроительных чертежей деталей. Технические требования и обозначенияСкачать
2. Оси
Ось – деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент. Оси (рис. 2) бывают вращающиеся (а) и неподвижные (б). Вращающаяся ось устанавливается в подшипниках. Примером вращающихся осей могут служить оси железнодорожного подвижного состава, примером невращающихся – оси передних колес автомобиля.
Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации кручения или изгиба и кручения, а оси – только деформацию изгиба (возникающими в отдельных случаях деформациями растяжения и сжатия чаще всего пренебрегают).
Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная – шейкой (рис. 3, а). Опорой для них служат радиальные или радиально-упорные подшипники скольжения или качения. Шейка в отличие от шипа, который несет только радиальную нагрузку FA, несет радиальную нагрузку FB и передает крутящий момент с концевой головки на промежуточную и, следовательно, работает еще и на кручение. Поэтому диаметр этой шейки должен быть больше диаметра головки d В, размер которого определяется расчетом, и диаметра шипа. Участки вала и оси, на диаметрах поверхностей которых закрепляются детали, воспринимающие или передающие нагрузку, называют головками или подступицами.
Рис. 3. Элементы валов
Концевая цапфа, предназначенная нести преимущественно осевую нагрузку, называется пятой (рис. 3, б). Опорами для пят служат подпятники – упорные подшипники скольжения или качения.
По форме цапфы могут быть цилиндрическими, коническими, шаровыми и плоскими (пяты).
Кольцевое утолщение вала (между шипом и головкой) (рис. 3, а), составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Переходная поверхность от одного сечения вала к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей (от шипа к буртику для упора подшипника), называется заплечиком (рис. 3, а).
Видео:Порядок выполнения эскизаСкачать
3. Материалы валов и осей
Требованиям работоспособности валов и осей наиболее полно удовлетворяют углеродистые и легированные стали, а в ряде случаев – высокопрочные чугуны. Выбор материала, термической и химико-термической обработки определяется конструкцией вала и опор, техническими условиями на изделие и условиями его эксплуатации. Для большинства валов применяют стали марок Сталь 45, Сталь 40Х и др., а для ответственных конструкций – Сталь 40ХН, Сталь З0ХГТ и др. Рабочие поверхности валов из этих сталей подвергают термической обработке (улучшению, поверхностной закалке ТВЧ и др.).
Быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому их изготовляют из цементируемых сталей марок Сталь 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей марок Сталь 38Х2МЮА и др.
Обычно валы подвергают токарной обработке, термической обработке с последующим шлифованием и отделочной обработке посадочных поверхностей и цапф. Для этого посадочные поверхности и галтели подвергают суперфинишной обработке или полировке.
Концевые участки валов выполняют цилиндрическими (рис. 4) или коническими (рис. 5). Посадка деталей на конус обеспечивает легкость сборки и разборки, высокую точность базирования, возможность создания любого натяга. Поэтому консольные концы валов редукторов серийного производства, как правило, делают конусными. Поскольку цилиндрические концы валов проще в изготовлении, то при единичном и мелкосерийном производствах они имеют преимущественное распространение.
Рис. 4. Концы валов цилиндрические: а – шейка; б – шейка с наружной резьбой
Рис. 5. Концы валов конические с конусностью 1:10: а – с наружной; б – с внутренней резьбой
На торцах валов располагают центровые отверстия с углом конуса α=60° (рис. 6), которые используют в качестве технологических баз при изготовлении валов и осей и при проверке погрешностей, которые образуются при обработке и эксплуатации валов и осей (а), а также применяют для монтажных работ, транспортирования и хранения в вертикальном положении (б). Фаска под углом 120° защищает резьбу и конусную поверхность центрового отверстия от забоин (см. в конце табл. 1).
Рис. 6. Центровые отверстия на торцах валов
Форма вала по длине определяется конструктивно с учетом распределения нагрузок, т. е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки и технологией изготовления. Однако следует стремиться к форме профиля вала, приближающегося к форме бруса с равнопрочными сечениями или равного сопротивления изгибу.
Читайте также: Расчет валов червячного редуктора
Поверхности валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах и приборах, выполняют по форме и по размерам с допусками, которые обеспечивают сопряжение валов с этими деталями.
Требования к шероховатости поверхности деталей и посадки деталей на валах приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1. Рекомендуемая шероховатость на различных участках вала
| Поверхности посадочных мест валов, мм | Шероховатость, Ra | ||
| квалитет точности | Шот | Шдо | |
| 11-й | 30 | 500 | 6,3 |
| 12-й | 6 | 80 | 2,5 |
| 9-й | 80 | 500 | 2,5 |
| 11-й | 3 | 30 | 2,5 |
| 7-й и 8-й | 6 | 80 | 1,25 |
| 6-й | 10 | 120 | 0,63 |
| Шейки валов с манжетными уплотнениями | 0,32 | ||
| Шейки валов с фетровыми уплотнениями | 1,25-0,63 | ||
| Рабочие поверхности шпоночных пазов | 3,2-6,3 | ||
| Нерабочие поверхности шпоночных пазов | 6,3-10 | ||
| Фаски, отверстия из-под сверла, торцы | 10-20 | ||
Таблица 2. Посадки деталей на валах
| Закрепляемые детали | Режим работы | |
| нормальный | тяжелый | |
| Зубчатые колеса до Ш120 мм | H7/p6 | H7/r6 |
| Зубчатые колеса св. Ш80-500 мм | H7/r6; H8/s7 | H7/p6; H8/u8 |
| Зубчатые колеса при частом демонтаже | H7/n6; H7/m6; H7/k6 | |
| Муфты св. Ш80-500 мм | H7/n6; H7/m6; | |
Валы и оси конструктивно связывают через подшипники вращающиеся детали с корпусными деталями. Предварительные размеры шеек валов определяют расчетом, затем после определения способа соединения вращающихся деталей с валом (шпоночным, шлицевым или др.) уточняют размеры посадочных мест и конструкцию валов.
В местах изменения диаметра вала или оси делают переходы. Конструктивно они должны быть выполнены так, чтобы прилегание детали к буртику или торцу переходной поверхности было плотным, без зазора. Если переход от цилиндрической поверхности к вертикальной торцевой поверхности буртика или к торцу переходной поверхности выполнен по радиусу, то такой переход называют галтелью (рис. 7, а), а если с проточкой, в виде канавки, то называют поднутрением (рис. 7; б, в).
Рис. 7. Конструктивные переходы в местах изменения диаметров вала
Видео:Эскиз детали ШтуцерСкачать
Чертеж вала с элементами
Изучение конструкции валов
— Познакомиться с основными типами валов.
— Освоить навыки выполнения эскиза вала с образца, познакомиться с правила ми выполнения рабочих чертежей валов в соответствии с нормативами и требованиями ЕСКД.
— Освоить навыки пользования нормативными таблицами для определения размеров основных конструктивных элементов вала.
— Познакомиться с системой допусков и посадок, шероховатостью поверхностей, обозначением их на чертеже.
2. Теоретические положения
На валах и осях размещают вращающиеся детали: зубчатые колеса, шкивы, барабаны и т.п.
Вал – деталь, предназначенная для поддержания вращающихся вместе с ним деталей (шкивов, зубчатых колес и т.п.) и для передачи вращающего момента.
При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях растяжение и сжатие.
Ось – деталь, предназначенная только для поддержания вращающихся вместе с ней деталей.
В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться с насаженными на них деталями (подвижные оси).
2.2. Классификация валов и осей
Оси представляют собой прямые стержни, а валы различают прямые (рисунок 1, а); коленчатые (рисунок 1, б); кривошипные (рисунок 1, в) и гибкие (рисунок 1, г).
Кривошипные и коленчатые валы используют для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневые двигатели) или наоборот (компрессоры). Гибкие валы передают вращение между узлами машин, меняющими свое положение в работе (зубоврачебные машины).
По конструктивным признакам валы и оси делят на гладкие (рисунок 2) и ступенчатые (рисунок 1, а).
Наиболее распространены ступенчатые валы, т.к. их форма удобна для установки на них деталей, а также монтажа деталей при посадках с натягом.
По типу сечения валы и оси бывают: сплошные (рисунок 2, а) и полые (рисунок 2, б). Полыми валы изготовляют для уменьшения веса или когда через валы пропускают другую деталь, подводят масло и пр.
а ) 
б) 
Выходные концы валов выполняют коническими или цилиндрическими (рисунок 1, а).
Преимущественное распространение приобретает коническая форма концевого участка вала, обеспечивающая точное и надежное соединение, возможность легкого монтажа и снятия устанавливаемых деталей.
2.3. Конструктивные элементы валов
Конструкция валов определяется деталями, которые на них размещаются и расположением опор.
При конструировании валов и осей принимают во внимание технологию сборки и разборки, механическую обработку, расход материала и пр.
В конструкции ступенчатого вала условно выделяют следующие элементы: концевые участки; участки перехода от одной ступени к другой; места посадки подшипников, уплотнений и деталей, передающих момент вращения. Каждый элемент имеет свое название (рисунок 3).
Цапфа (Ц) – участок вала (оси), которым он опирается на подшипник.
Шипом называется цапфа, расположенная на конце вала (оси) и предназначенная для восприятия, в основном, радиальной нагрузки.
Пятой называется цапфа, расположенная на конце вала (оси) и предназначенная для восприятия, в основном, осевой нагрузки.
Шейкой называется промежуточная цапфа, расположенная в средней части вала (оси).
Заплечик (З) – переходная торцевая поверхность от одного сечения вала (оси) к другому, предназначенная для упора деталей, установленных на валу или оси.
Буртик (Б) – кольцевые утолщения вала (оси), составляющее одно целое с валом (осью).
Канавка (К) – углубление на поверхности меньшего диаметра между соседними ступенями валов: предназначена для плотного прилегания насаживаемой детали к заплечику (буртику), выхода шлифовального круга, при обработке поверхности меньшего диаметра, выхода резьбонарезного инструмента. Эти канавки повышают концентрацию напряжений.
Галтель (Г) – криволинейная поверхность плавного перехода от меньшего сечения вала (оси), к плоской части заплечика или буртика.
Фаска (Ф) – скошенная часть боковой поверхности вала (оси) у торца вала (оси), заплечика, буртика. Служит для облегчения сборки и предотвращения травмирования рук.
Радиусы закруглений галтелей, размеры фасок принимают по ГОСТ 12080-66 в зависимости от диаметра вала.
Шпоночный паз (Ш) – углубление в валах для установки шпонок. Выполняют на участках крепления деталей, передающих вращающий момент.
Размеры шпоночных пазов принимают по ГОСТ 23360-78.
Благодаря массовому применению валов и осей в механизмах, для них выработаны нормативы на выполнение различных конструктивных элементов.
2.4. Материалы валов и осей
Материалы должны быть прочными, хорошо механически обрабатываться. Валы и оси изготовляют преимущественно из углеродистых и легированных сталей. Для валов и осей без термообработки применяют: стали 35, 40, 45, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5. Оси и валы, к которым предъявляют повышенные требования, выполняют из среднеуглеродистых или легированных сталей 45, 40Х и других.
Тяжелонагруженные валы сложной формы изготовляют из модифицированного или высокопрочного чугуна.
2.5. Размеры, предельные отклонения, допуски и посадки
Геометрические параметры валов количественно оцениваются размерами.
Размер – числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.д.) в выбранных единицах измерения. На чертежах деталей проставляют номинальные размеры в миллиметрах.
Номинальным размером называют размер изделия, полученный по расчету или выбранный по конструктивным соображениям. Изготовленные изделия всегда имеют некоторые отклонения от номинальных размеров.
Действительные размеры получают путем измерения готовой детали. Точность детали по геометрическим параметрам задается через точность геометрических размеров – в виде отклонений.
Верхнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наибольшим допустимым предельным и номинальным размерами.
Нижнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наименьшим допустимым предельным и номинальным размерами.
Допуск – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.
Поле допуска – зона ограниченная верхним и нижним отклонениями, определяется числовым значением допуска.
К различным соединениям предъявляют неодинаковые требования в отношении точности изготовления. Поэтому система допуска содержит 19 квалитетов: 01; 0, 1, 2, 3,… 17, расположенных в порядке убывания точности.
Квалитет – совокупность допусков с одинаковой относительной точностью для всех номинальных размеров диапазона. Допуски в квалитетах 01… 4 предназначены для измерительных инструментов, квалитеты 5… 13 дают допуски для сопрягаемых размеров деталей, квалитеты 14… 17 для несопрягаемых размеров.
На посадочные места вала, т.е. на поверхности вала сопряженные с другими деталями (подшипниками, муфтами, зубчатыми колесами и др.), задают поля допусков в соответствии с посадками, показанными на сборочных чертежах (рисунок 4).
Характер соединения деталей называют посадкой. Характеризует посадку разность размеров деталей вала и отверстия до сборки.
Посадки могут быть с зазором, с натягом и переходные – когда возможно получение, как зазора, так и натяга.
Зазор – разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала.
Натяг – разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия.
Разнообразные посадки удобно получать, изменяя положение поля допуска или вала, или отверстия, оставляя для всех посадок поле допуска одной из деталей неизменным. Деталь, у которой поле допуска остается без изменения и не зависит от вида посадки, называют основной деталью системы. Если этой деталью является отверстие, то соединение выполнено в системе отверстия, если основной деталью является вал – в системе вала.
Основные отклонения обозначают буквами латинского алфавита: для отверстия прописными А, В, С и т.д.; для валов – строчными а, b , с и т.д. Преимущественно назначают посадки в системе отверстия с отклонением Н.
Для посадок с зазором рекомендуют принимать валы с отклонением – f , g , h ; для переходных посадок – js , k , m , n ; для посадок с натягом – p , r , s .
Для соединения валов: с зубчатыми колесами рекомендуют принимать отклонения – р6, r7; с муфтами – n7, r 6, k 6; со шкивами и звездочками – js 6, h 7 ; с внутренними кольцами подшипников качения – k 6; с манжетами – h 8.
Пример обозначения посадок: 50 r 6 H 7 – соединение двух деталей с номинальным диаметром 50 мм , обработанных по полям допусков Н7 отверстие и r 6 вал в системе отверстия. Цифры означают номер квалитета. Посадка в системе вала будет иметь обозначение 35 h6 F 7 .
2.6. Шероховатость поверхности
Точность деталей по геометрическим параметрам характеризуется не только отклонениями размеров, но и отклонениями поверхностей. Действительные поверхности отличаются от номинальных наличием неровностей с малыми шагами, образующимися при обработке деталей. Шероховатость поверхности – совокупность микронеровностей обработанной поверхности, образующих ее рельеф на определенном участке. Требования к шероховатости поверхности должны быть обоснованными и устанавливаться исходя из функционального назначения поверхности.
ГОСТ 2789-73 устанавливает следующие параметры шероховатости поверхности:
R a – среднее арифметическое отклонение профиля, мкм (основной из высотных параметров шероховатости; назначают на все обработанные поверхности);
R z – высота неровностей профиля, мкм (определяют по пяти измерениям высот неровностей; назначают на поверхности, получаемые литьем, ковкой, чеканкой).
Числовое значение параметров шероховатости выбирают с учетом назначения и эксплутационных свойств шероховатости. На чертежах шероховатость обозначают следующим образом: если вид обработки не устанавливают, то применят знак по рисунку 5, а. Это обозначение является предпочтительным. Если требуется, чтобы поверхность была образована обязательно удалением слоя материала (точением, шлифованием, полированием и пр.), применяют знак по рисунку 5, б. Без удаления слоя материала (чеканка, накатывание валиками и пр.), применяют знак по рисунку 5, в.
Рис.5. Знаки для обозначения шероховатости
Рис.6. Обозначение преобладающей шероховатости
Обозначение преобладающей шероховатости показывают в правом верхнем углу поля чертежа (рисунок 6). Толщина линий и высота знака, заключенного в скобки, такая же, как в изображении на чертеже, а перед скобкой – в 1,5 раза больше.
Нанесение шероховатости на чертеже для различных поверхностей вала представлено в примере оформления лабораторной работы (приложение А).
3. Описание объекта исследования, приборов и инструментов
Объектом исследования являются валы.
Для выполнения работы необходимо иметь следующие инструменты: штангенциркуль, линейку, карандаш, циркуль.
4. Методика выполнения исследований и обработка результатов
4.1. Выполнить эскиз полученного вала со всеми необходимыми элементами (заплечиками, канавками, шпоночными пазами, галтелями и т.д.). Выполнить необходимые разрезы и сечения (приложение А).
4.2. Определить назначение посадочных поверхностей вала: под подшипники, зубчатое колесо, полумуфту, резиновые манжеты.
4.3. Проставить размерные линии, ориентируясь на пример оформления лабораторной работы (приложение А).
4.4. Проставить действительные размеры, используя замеренные данные (диаметры, длины участков валов) и данные, полученные из таблиц В1… В4.
4.5. Заполнить таблицу параметров вала (приложение А).
– по таблице В1 для участков валов под подшипники качения определить размеры заплечиков ( d 2 ).
– по таблице В2 определить размер фаски ( c ) и радиус галтели ( r ).
– по таблице В3 определить длину ( l ), ширину ( b ) и глубину ( t 1 ) шпоночных пазов.
– по таблице В4 определить размеры канавок ( d 1 , r , r 1 , b ) для выхода шлифовального круга. Проставить эти значения на эскизе вала.
4.6. Указать предельные отклонения линейных размеров поверхностей вала под подшипники, зубчатое колесо, полумуфту, резиновые манжеты условными обозначениями полей допусков (подраздел 2.5).
4.7. Проставить шероховатость поверхностей, пользуясь таблицей В5.
5.4. Выводы по лабораторной работе.
6. Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятия «вал».
2. Дайте определение понятия «ось».
3. Объясните в чем разница между валом и осью.
4. Перечислите виды валов по геометрическим признакам.
5. Каково назначение кривошипных, коленчатых, гибких валов? Приведите пример использования этих валов.
6. Перечислите виды валов по конструктивным признакам.
7. Чем вызвано наибольшее распространение ступенчатых валов?
8. Перечислите виды валов по типу сечения.
9. Чем вызвана необходимость изготовления полых валов?
10. Чем определяется конструкция валов?
11. Дайте определение понятиям: цапфа, шип, пята, шейка, заплечик, буртик, канавка, галтель, фаска, шпоночный паз.
12. Объясните в чем разница между заплечиком и буртиком?
13. Объясните в чем разница между шипом, пятой и шейкой?
14. Перечислите материалы для изготовления валов и осей.
15. Дайте определение понятиям: размер, номинальный размер, действительный размер.
16. Дайте определение понятиям: верхнее предельное отклонение, нижнее предельное отклонение, допуск, поле допуска, квалитет.
17. Дайте определение понятиям: посадка, зазор, натяг.
18. Дайте определение понятиям: система вала, система отверстия.
19. Как обозначают отклонения для отверстия, для валов?
20. Приведите примеры обозначения посадок на чертежах.
21. Дайте определение понятия «шероховатость поверхности».
22. На что влияет шероховатость поверхности?
23. Что обозначают параметры шероховатости поверхности R a и R z ?
24. От чего зависит числовое значение параметров шероховатости?
25. Каким образом обозначают шероховатость поверхности на чертежах?
26. Пользуясь таблицей В1, определите размеры заплечиков d 2 для диаметров валов: d = 20 мм ; d = 35 мм ; d = 50 мм .
27. Пользуясь таблицей В2, определите размер фаски с и радиус галтели r для диаметров валов: d = 22 мм ; d = 36 мм ; d = 70 мм .
28. Пользуясь таблицей В3, определите размеры шпоночного паза b , глубину t 1 для диаметров валов: d = 28 мм ; d = 45 мм ; d = 90 мм .
29. Пользуясь таблицей В4, определите размеры канавки d 1 , r , r 1 , b : для выхода шлифовального круга для диаметров валов: d = 8 мм ; d = 45 мм ; d = 110 мм .
Приложение А (обязательное)
Пример оформления лабораторной работы
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎦 Видео
Читаем и создаем чертежи - Общие допускиСкачать
Чертеж вала. Уровень: профессионал. Часть 1 - Выбор геометрииСкачать
Разбираем чертеж детали ➤ Технические требования ➤ Допуски и посадки размеровСкачать
Допуски и посадки для чайников и начинающих специалистовСкачать
Чертеж валаСкачать
Изготовление точного щлицевого вала. Чертеж с техническим требованием полного радиального биенияСкачать
Чертеж вал шестерни. Процесс изготовления валов с зубчатым венцомСкачать
4 4 Эскиз деталиСкачать
02 Модель и чертеж валаСкачать
Уроки Компас 3D.ВалСкачать
Читаем чертеж детали гребной вал от подписчикаСкачать
Конструкторские , технологические и измерительные базы. Базирование деталиСкачать
Как научиться читать чертеж? Чтение чертежа для начинающихСкачать
Чертёж вала. Часть - 1. (Фронтальная проекция)Скачать
Модель и чертеж детали "Вал" в Autodesk InventorСкачать
Вал и сеченияСкачать
Чертёж вала. Часть - 2. (Фронтальная проекция)Скачать
