Какво е ос?
Валът е основно въртяща се част от всяка машина, имаща кръгло напречно сечение, използвана за предаване на мощност от една част към друга или от машина, генерираща енергия, към машина, поглъщаща енергия. За предаване на мощност единият край на вала е свързан към източника на захранване, а другият край е свързан към машината. Валовете могат да бъдат твърди или кухи по желание, като кухите валове спомагат за намаляване на теглото и осигуряват предимства.
Общо описание на оста
Валът е един от много важните елементи, използвани в машините. Те се използват за поддържане на въртящи се части като макари и зъбни колела. Те се поддържат от лагери, разположени в твърдия корпус на машината. Зъбни колела и шайби, разположени на валовете, помагат за предаване на движението.
Много други въртящи се елементи са закрепени към вала. Валовете са подложени на огъващи моменти и усуквания поради силите на реакция на поддържаните от тях елементи и въртящия момент, генериран от предаването на мощността.
Валът винаги има кръгло напречно сечение и може да бъде кух или плътен. Валовете могат да бъдат класифицирани като колянови валове, линейни валове, шарнирни валове или гъвкави валове, но линейните валове обикновено се използват за предаване на мощност.
Валовете обикновено са проектирани като стръмни цилиндрични пръти, така че да имат различни диаметри по цялата си дължина, въпреки че валовете с постоянен диаметър са лесни за производство.
Големината на напрежението в стъпаловиден вал варира в зависимост от неговата дължина. Валове с еднакъв диаметър не са подходящи за демонтаж, монтаж, поддръжка и тези валове създават усложнения при закрепването на монтираните върху тях части, особено лагерите.
2
Тип вал
01
предавателен вал
Тези валове са стъпаловидни валове, използвани за предаване на мощност между един източник към друга машина, която абсорбира мощността. Монтиран върху стъпаловидна част на зъбно колело на вал, главина или макара за предаване на движение.
Примери: горни валове, макари, междинни валове и всички фабрични валове.
снимка
02
Механична ос
Тези оси са разположени вътре в модула и са неразделна част от машината.
Пример: Коляновият вал на автомобилен двигател е машинен вал.
снимка
03
полуоска
Тези валове поддържат въртящи се елементи, като колела, които могат да бъдат монтирани в корпуси с лагери, но валовете са невъртящи се елементи. Те се използват главно в превозни средства.
Пример: оси в автомобили.
снимка
04
Вретено
Това са въртящите се части на машината, в които се намират инструментите или работното пространство. Те са къси валове, използвани в машини.
Пример: Шпиндел в струг.
снимка
3
Материал на вала
Обикновено меката стомана е материалът, използван за валове. Ако се изисква висока якост, се използват легирани стомани като никел-хром, никел и хром-ванадиева стомана. Те се формоват чрез горещо валцуване и студено изтегляне и смилане. Материалите, които обикновено се използват за конвенционалните валове, са въглеродна стомана клас 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Материалът, използван за вала, трябва да има следните свойства:
Материалите трябва да имат висока якост;
Материалите трябва да имат висока устойчивост на износване;
Материалите трябва да имат свойства на термична обработка;
Материалите трябва да имат добри механични свойства;
Материалът трябва да има ниска чувствителност на прорязване.
4
Стандартен размер на вала
Механична ос
До 25 мм на стъпки от 0,5 мм.
предавателен вал
Стандартен размер на вала - дължина на стъпката;
25mm до 60mm-5mm дължина на стъпката;
60mm до 100mm-10mm дължина на стъпката;
110mm до 140mm-15mm дължина на стъпката;
140 mm до 500 mm - 20 mm стъпки.
Машинните брадви се предлагат в стандартни размери до 25 mm на стъпки от 5 mm. За шахтите стандартните дължини са 5 m, 6 m и 7 m, но обикновено отнемат 1 m до 2 m.
5
напрежение във вала
Напрежението, предизвикано във вала, е:
Напрежение на срязване поради предаване на въртящ момент (въртящ момент поради торсионно натоварване);
Напрежения при огъване, които са натиск или опън по природа, поради сили, действащи върху механични елементи като макари и зъбни колела и собственото тегло на вала;
Комбинирани напрежения, причинени от натоварвания на огъване и усукване.
Максимално допустимото напрежение на срязване на проектното напрежение е:
1. Валът е 56000kN/m2 и има място за шпонковия канал.
2. Валът е 42000kN/m2 без надбавка за шпонка.
Максимално допустимото напрежение на огъване е:
1. Валът е 112000kN/m2 и има място за шпонковия канал.
2. Валът е 84000kN/m2 без надбавка за шпонка.
6
Производство на валове
Валът се произвежда чрез процес на горещо валцуване. Якостта на вала е по-висока при студено валцуване в сравнение с горещо валцуване, но студеното валцуване причинява големи остатъчни напрежения, които карат вала да се деформира по време на обработката. Процесът на коване се използва за създаване на валове с по-голям диаметър.
След като валцуването приключи, краят на вала се обработва, единият край на вала се монтира на инспекционната машина, а другият край на вала се поддържа от купола на струга. За да завършите вала, инструментът се държи на място от държача на инструмента и когато захранването е включено, патронникът започва да върти вала.
Циферблатните индикатори се използват за проверка на концентричността на вала преди обработка и за извършване на различни операции като струговане, облицовка, нарязване на жлебове и завъртане на конуса в зависимост от целта. Големите, CNC и други приложения са най-подходящи за крайни процеси на обработка. Може също да се обработва с CNC двустранна машина с оста, захваната между въртенето на инструмента и приспособлението.
За да се постигне концентричност и закръгленост, въртящите се инструменти трябва да са обърнати един към друг по централните линии. Задвижващите валове и двигатели често се произвеждат с помощта на този процес.
7
Валово задвижване
Знаем, че валът се използва за предаване на мощност, така че формулата, използвана за изчисляване на предаването на мощност, е: P=2πnT/60. Сред тях P е предаваната мощност (W); n е оборотите в минута (rpm); T е въртящият момент в N·m.
Скорост на осите за различни приложения:
1. Машини: 100 ~ 200;
2. Дървообработващи машини: 250 ~ 700;
3. Текстилна промишленост: 300 ~ 800;
4. Цех за леки машини: 150 ~ 300;
5. Допълнителен вал: 200~600.
8
Дизайн на вала
Валовете могат да бъдат проектирани чрез два различни процеса въз основа на различни съображения за натоварване:
1. Конструкция на вала, основана на якост. Задвижващите валове обикновено са податливи на огъващи моменти, въртящи моменти, аксиални издърпвания и комбинации от тях. Обикновено лагерите са натоварени с комбинация от напрежения при усукване и огъване.
Напрежение на опън на лагера:
Напрежение на опън=P/A
Сред тях A=(π/4)xD2, D е диаметърът на вала в mm.
Момент на огъване на лагера:
Напрежение на огъване=(MbxY)/I
Сред тях Mb=огъващ момент; Y=D/2, където D е диаметърът; I=инерционен момент=(πxD4)/64
Въртящ момент на лагера:
Напрежение при усукване=MtxR/J
Сред тях Mt=усукващ момент; R=D/2, където D е диаметърът; J=полярен инерционен момент=(πxD4)/32
2. Конструкция на вала въз основа на твърдостта
Казва се, че задвижващият вал е твърд въз основа на твърдостта на усукване, ако валът не се усуква твърде много.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Сред тях Mt=въртящ момент mm в N; J=полярен инерционен момент=(πxD4)/32; D=диаметър на вала (mm); θ=ъгъл на усукване; G=модул на коравина N/mm2.
9
Предимства и недостатъци на валовете
Предимства на вала
Те са по-малко вероятно да се забият;
Те изискват по-малко поддръжка от верижните системи;
Имат висока якост на усукване;
Те имат високи стойности на полярен момент на инерция;
Те са много здрави и е малко вероятно да се провалят;
Вътрешната форма на кухите валове е куха, така че те изискват по-малко материал;
За същата стойност на предаване на въртящия момент кухият вал е по-лек от теглото на плътен вал;
Те имат много висок радиус на въртене.
Недостатъци на вала
Те имат загуба на мощност поради хлабаво свързване;
Те вибрират, докато се въртят;
Издават постоянен шум;
По-високи разходи за производство и поддръжка;
Труден за производство;
Промяната на скоростта на една ос не е лесна;
Дълъг престой поради механични проблеми;
Маслени капки по горните валове;
Използването на еластомерни съединители (като съединители с листови пружини) може да доведе до загуба на скорост между валовете;
Ако валът се повреди, ремонтът ще отнеме много време.
