Виды осей: Классификация валов и осей, сферы их применения

Содержание

Классификация валов и осей машины, их применение

Классификация валов и осей строительной машины. Какие виды валов применяются в машинах? Отличие обработки валов и осей, механизмы в виде спаренных валов.

В статье

Виды валов

Оси — поддерживают вращающиеся части машин. Они могут быть вращающимися и неподвижными.

Валы — не только поддерживают, но и передают вращение.

Бывают: прямые, кривошипные и коленчатые.

Валы рассчитывают на одновременное действие крутящего и изгибающего моментов.

Оси рассчитывают только на изгиб.

вал с прямой осью;
коленчатый вал;
гибкий вал;
карданный вал.

Виды осей

неподвижные;
подвижные.

Оси и валы отличаются от прочих деталей машины тем, что на них насаживаются зубчатые колёса, шкивы и другие вращающиеся части. По условиям работы оси и валы отличаются друг от друга.

Осью называют деталь, которая лишь поддерживает насаженные на неё детали. Ось не испытывает кручения, поскольку нагрузку на неё идёт от расположенных на ней деталей. Она работает на изгиб и не передаёт вращающий момент.

Что же касается вала, то он не только поддерживает детали, но и передаёт момент вращения. Поэтому вал испытывает как изгиб, так и кручение, иногда также сжатие и растяжение. Среди валов выделяют торсионные валы (или просто торсионы), которые не поддерживают вращение деталей и работают исключительно на кручение. Примеры — это карданный вал автомобиля, соединительный валик прокатного стана и многое другое.

Виды концов валов

конический;
цилиндрический.

Участок в опоре вала или оси называется цапфой, если воспринимает радиальную нагрузку, или пятой, если на него осуществляется осевая нагрузка. Концевая цапфа, принимающая радиальную нагрузку, называется шипом, а цапфу, находящуюся на некотором расстоянии от конца вала, называют шейкой. Ну а та часть вала или оси, которая ограничивает осевое перемещение деталей, называется буртиком.

Посадочная поверхность оси или вала, на которую, собственно, и устанавливаются вращающиеся детали, часто делают цилиндрическими и реже — коническими, чтобы облегчить постановку и снятие тяжёлых деталей, когда требуется высокая точность центрирования. Поверхность, обеспечивающая плавный переход между ступенями, носит название галтели. Переход может выполняться с использованием канавки, которая делает возможным выход шлифовального круга. Концентрация напряжения может быть уменьшена за счёт уменьшения глубины канавок и увеличения закругления канавок и гантелей, насколько возможно.

Чтобы сделать установку вращающихся деталей на ось или вал проще, а также предотвратить травмы рук, торцы делают с фасками, то есть немного обтачивают на конус.
Виды осей и валов

Ось может быть вращающейся (например, ось вагона) или не вращающейся (например, ось блока машины для подъёма грузов).

Пример валов на мяльной машине

В качестве хорошего примера использования различных видов валов и осей можно привести мяльную машину.

В ней действительно совмещается большое количество этих деталей и наглядно можно все рассмотреть.

Ну а вал может быть прямым, коленчатым или гибким. Прямые валы распространены шире всего. Коленчатые находят применение в кривошипно-шатунных передачах насосов и двигателей. Они преобразовывают возвратно-поступательные движения во вращательные, либо наоборот. Что касается гибких валов, то они являются, по сути, мног заходными пружинами кручения, витыми из проволок. Их используют, чтобы передавать момент между узлами машины, если они при работе меняют положение относительно друг друга. И коленчатые, и гибкие валы классифицируются как специальные детали и изучаются на специальных учебных курсах.

Чаще всего ось или вал имеют круглое сплошное сечение, но могут они иметь и кольцевое поперечное сечение, которое позволяет уменьшить общую массу конструкции. Сечение некоторых участков вала может иметь шпоночную канавку или шлицы, а может быть и профильным.

При профильном соединении детали между собой скрепляются с помощью контакта по круглой не плавной поверхности и могут, помимо крутящего момента, передавать и осевую нагрузку. Несмотря на надёжность профильного соединения, его нельзя назвать технологичным, так что применение у них ограничено. Шлицевое же соединение классифицируют по форме профиля зубьев — оно может быть прямобочным, эвольвентным или треугольным.

Дата публикации статьи: 31 июля 2013 в 18:40
Последнее обновление: 2 августа 2021 в 12:11

Валы и оси механизмов и машин.

Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие вращающиеся детали машин устанавливаются на валах и осях. Между этими двумя элементами механизмов имеется существенное различие, заключающееся в функциональном назначении и некоторым другим признакам.

Вал предназначен для передачи вращающего момента вдоль своей оси, а также для поддержания расположенных на нем деталей и восприятия всех действующих на эти детали внешних нагрузок.
В отличие от вала, ось только поддерживает установленные на ней детали и воспринимает действующие на них нагрузки, кроме вращающего момента, т. е. не испытывает деформацию кручения. Оси могут быть неподвижными (например, неподвижная ось в виде цапфы автомобильного колеса на управляемом мосту) или подвижными, т. е. вращаться вместе с размещенными на них деталями (ось колесной пары железнодорожного вагона).
Классификация валов более обширная – они могут различаться по нескольким признакам.

***

Классификация валов

По назначению валы делят на

коренные, передаточные, трансмиссионные, гибкие и торсионные.

Коренные валы несут основные рабочие узлы машины (коленчатый вал двигателя, ротор турбины и т. п.).

Передаточные валы несут детали передач (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и т. п.). В отличие от коренного вала передаточные служат для выполнения промежуточной функции в агрегатах машины при передаче крутящего момента. Так, передаточными валами являются первичный и вторичный валы КПП, валы главной передачи, раздаточной коробки и т. п.

Трансмиссионные валы служат для передачи вращающего момента между отдельными агрегатами и рабочими узлами машины. Примеры трансмиссионных валов: карданная передача, полуоси, ведущие валы с шарнирами равных угловых скоростей в легковых автомобилях с передними ведущими колесами и т. п.

Гибкие (гибкие проволочные) валы допускают передачу вращающего момента при значительных перегибах оси. Такие валы встречаются, например, в контрольно-измерительных приборах (трос спидометра), механизированном инструменте (вал бормашины стоматолога).

Торсионные валы (торсионы) – валы малых диаметров, служащие для передачи вращающих моментов. Такие валы допускают закручивание относительно оси на значительные углы.

По форме геометрической оси валы подразделяют на прямые и непрямые – коленчатые и эксцентриковые. Примером эксцентрикового вала может служить вал газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания.
Оси, как правило, изготавливают прямыми. По конструкции прямые валы и оси мало отличаются друг от друга.
Прямые валы и оси могут быть гладкими или ступенчатыми. Ступенчатая форма способствует равномерной напряженности вала по длине, а также упрощает монтаж деталей, расположенных на нем.

По форме поперечного сечения

валы и оси бывают сплошные и полые (с осевыми отверстиями). Полые валы применяют для уменьшения массы или для размещения внутри них других деталей или элементов конструкции, а также для подвода масла смазочной системы.

По внешнему очертанию поперечного сечения валы разделяют на шлицевые и шпоночные, имеющие на некоторой длине шлицевой профиль или профиль со шпоночным пазом.

***

Конструктивные элементы осей и валов

Отдельные элементы валов и осей имеют специфические названия. В частности, опорные части валов и осей, т. е. участки, которыми вал или ось опирается на подшипник, принято называть цапфами. При этом различают следующие виды цапф – шипы, шейки и пяты.

Шипом называют цапфу, расположенную на конце вала или оси и передающую преимущественно радиальную силу.

Шейкой называют промежуточную цапфу вала или оси. Как и шип, шейка передает, преимущественно, радиальную силу. Опорами для шипов и шеек служат подшипники скольжения или качения. Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими или сферическими. В большинстве случаев применяют цилиндрические цапфы.

Пятой называют цапфу, передающую осевую силу. Опорами для пят служат подпятники. Пяты по форме бывают кольцевыми, сплошными и гребенчатыми. Гребенчатые пяты применяются редко.

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими или коническими. Конические концы валов чаще всего изготавливают с конусностью 1:10. Конусные поверхности валов применяют для облегчения монтажа устанавливаемых на вал тяжелых деталей, быстрой их смены, для повышения точности центрирования деталей и обеспечения требуемого натяга при сборке.

Переходные участки ступенчатых валов и осей между двумя ступенями разных диаметров выполняют с канавкой со скруглением шириной 3…5 мм и глубиной 0,25…0,5 мм,

с галтелью постоянного максимально возможного радиуса или с галтелью переменного радиуса (галтель – поверхность плавного перехода от ступени меньшего сечения к большему).

Назначение переходных участков валов и осей – уменьшение концентрации напряжений в местах изменения формы сечения этих деталей. Для повышения несущей способности валов и осей часто выполняют деформационное упрочнение галтелей наклепом.

***

Критерии работоспособности валов и осей

Основными критериями работоспособности валов и осей являются прочность и жесткость. Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Прочность оценивают коэффициентом запаса прочности при расчете валов и осей на сопротивление усталости, а жесткость – прогибом, углами поворота или закручивания сечений в местах установки деталей.
Практикой установлено, что разрушение валов и осей быстроходных машин в большинстве случаев носит усталостный характер, поэтому основным является расчет на сопротивление усталости.

Основными расчетными силовыми факторами являются вращающие Т и изгибающие М моменты. Влияние растягивающих и сжимающих сил на прочность незначительно, и их в большинстве случаев не учитывают.

***

Проектировочный и проверочный расчеты валов и осей

При проектировании валов и осей выполняют проектировочный расчет на статическую прочность с целью ориентировочного определения диаметров ступеней. При проектировочном расчете валов редуктора обычно определяют диаметры концевых сечений входного и выходного валов, а для промежуточных валов – диаметр в месте посадки колес.
Диаметр расчетного сечения вала определяют по формуле, известной из курса сопротивления материалов:

d³ ≥ 10³(Мк/0,2[τ]_к),

где Мк = Т – крутящий момент, действующий в расчетном сечении, Нм;
[τ]к – допускаемое напряжение при кручении для материала вала, МПа.

Полученный расчетный диаметр вала округляют до ближайшего диаметра стандартного ряда по ГОСТ.
Проектировочный расчет осей чаще всего выполняют аналогично расчету балок с шарнирными опорами обычными методами сопротивления материалов.

Проверочный расчет валов и осей проводят на сопротивление усталости и на жесткость. Проверочный расчет выполняют после окончательной разработки конструкции вала или оси на основе проектировочного расчета. Проверку на сопротивление усталости производят по коэффициенту запаса прочности по максимальной длительно действующей нагрузке без учета кратковременных пиковых нагрузок (например, в период пуска).

Расчет валов на жесткость выполняют в случае, когда деформации (линейные или угловые) неблагоприятно влияют на работу сопряженных с валом деталей (зубчатых колес, подшипников и т. п.). Различают изгибную и крутильную жесткость вала. Изгибная жесткость оценивается прогибом вала, крутильная – углом закручивания.
Проверочный расчет осей на сопротивление усталости и изгибную жесткость выполняют аналогично расчету валов, с учетом того, что для осей Мк = 0.

При разработке конструкции валов или осей рекомендуется детали, располагаемые на них, размещать по возможности ближе к опорам для уменьшения изгибающих моментов.
С целью уменьшения мест концентрации напряжений следует избегать излишних ступеней, отверстий и шпоночных пазов, а также других отклонений формы поперечного сечения вала или оси. Переходные участки следует выполнять в виде галтелей или канавок со скруглениями.

***

Подшипники

Главная страница

Страничка абитуриента

Дистанционное образование

Группа ТО-81
Группа М-81
Группа ТО-71

Специальности

Ветеринария
Механизация сельского хозяйства
Коммерция
Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

Инженерная графика
МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
Карта раздела
Общее устройство автомобиля
Автомобильный двигатель
Трансмиссия автомобиля
Рулевое управление
Тормозная система
Подвеска
Колеса
Кузов
Электрооборудование автомобиля
Основы теории автомобиля
Основы технической диагностики
Основы гидравлики и теплотехники
Метрология и стандартизация
Сельскохозяйственные машины
Основы агрономии
Перевозка опасных грузов
Материаловедение
Менеджмент
Техническая механика
Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

«Инженерная графика»
«Техническая механика»
«Двигатель и его системы»
«Шасси автомобиля»
«Электрооборудование автомобиля»

3 типа осей: передняя ось, поворотная ось и задняя ось [Полная информация]

Типы осей

Что такое автомобильная ось?

Типы осей:- Ось представляет собой вал, используемый для вращения и поддержки колес автомобиля. Ось играет очень важную роль в автомобиле. С одной стороны ось соединена с дифференциалом через солнечную шестерню, а с другой стороны она соединена с колесами.

В некоторых случаях оси крепятся к колесам и вращаются вместе с колесами, а в некоторых случаях оси крепятся к транспортным средствам, и относительно оси могут вращаться только колеса. Подшипники используются для второго случая.

Оси подразделяются на три категории:
1. Передняя ось
2. Поворотная ось
3. Задняя ось

1. Передняя ось: (Типы осей)

Передняя ось размещается на передней стороне автомобиля . На него устанавливаются передние колеса. Передняя ось обычно выполнена двутавровой в средней части и круглой или эллиптической на концах. Это поперечное сечение помогает оси выдерживать изгиб из-за высоких нагрузок, создаваемых весом автомобиля и крутящим моментом во время торможения.
Основные функции переднего моста:-

Поддерживает вес передней части автомобиля
Поглощает возникающие удары с помощью амортизаторов
Облегчает рулевое управление

закреплены и не вращаются вместе с колесами. Эти оси имеют высокую прочность и жесткость для поддержки транспортного средства. Концы передней оси предназначены для крепления осей шпилек.
B) Ведущий передний мост
Ведущие передние мосты такие же, как и неподвижные передние мосты, с той лишь разницей, что ведущие передние мосты используются для передачи мощности от коробки передач к передним колесам в автомобилях с передним приводом. Он вращается вместе с передними колесами.
2. Поворотный кулак: (Типы осей)
Поворотный кулак обычно используется в передних колесах. Колеса соединены с поворотной цапфой с помощью шкворней. Он изготовлен из никелевой стали и легированной стали, содержащей хром и молибден. Он включает закрепленный контакт, который используется в легком приводе. Проушина балки оси фиксируется конусным шплинтом.
В концы вилки оси устанавливаются втулки из фосфористой бронзы, обеспечивающие опорную поверхность шкворня. Силы, действующие в вертикальном направлении, воспринимаются стальной шайбой или упорным подшипником, расположенным либо на верхней вилке, либо между нижней вилкой и нижней стороной балки оси.
(a) Elliot: – Для соединения с передней осью этот поворотный кулак использует вилку, шплинт и шкворень.
(b) Реверсивный Эллиот: – Этот тип оси имеет компоновку, противоположную поворотной цапфе Эллиота.
(c) Lamoine: – Этот поворотный кулак Lamoine имеет L-образный шпиндель вместо шарнира вилки.
(d) Задняя ось Lamoine: – Это полная противоположность стандартной оси Lamoine.
3. Задний мост: ( Типы мостов )
Задний мост расположен между дифференциалом и ведущими колесами для передачи мощности от дифференциала на ведущие колеса. Применяется на автомобилях с задним приводом.
Подшипники установлены на задней оси. Вертикальная нагрузка, приходящаяся на картер моста, через рессоры передается через эти подшипники на вал и, следовательно, колеса на землю. Реакция этой нагрузки между колесом и землей действует на колесо вверх.
A) Полуплавающая ось
Полуплавающая ось имеет подшипник, расположенный на оси и внутри картера оси. Он должен выдерживать все нагрузки автомобиля. Внутренний конец оси поддерживается боковой шестерней дифференциала. Колесо можно прикрутить прямо к нему, так как внешний конец фланцевый. В некоторых осях ступица колеса крепится шпонкой к внешнему концу оси. Нагрузка транспортного средства передается через корпус и подшипник, что вызывает изгиб или разделение оси. Полуплавающая ось является самой простой осью среди всех других типов. Он также дешев и поэтому широко используется в автомобилях.
Преимущества
• Простая конструкция
• Стоимость изготовления меньше
B) Полностью плавающая ось
Полностью плавающая ось имеет два радиальных шариковых или конических роликоподшипника, расположенных между корпусом оси и ступица колеса. Наружная часть оси выполнена фланцевой, на которую натянута двухколесная ступица. Ось не поддерживается подшипниками на обоих концах. Ось освобождается от всех нагрузок, вызванных весом транспортного средства и доверием. Он передает только крутящий момент. Эту ось можно снять с корпуса, не снимая колеса, сняв гайки. Этот тип оси дороже и тяжелее, чем другие оси.
C) Трехчетвертная плавающая ось
В трехчетвертной плавающей оси подшипник расположен между ступицей и корпусом оси. Следовательно, вес автомобиля переносится на картер моста. Боковая тяга и крутящий момент воспринимаются осью. Ось жестко закреплена на ступице. Это помогает в обеспечении ведущей связи и поддержании выравнивания колеса. Внутренний конец этой оси имеет ту же конструкцию, что и у полуплавающей оси. Он надежнее, но его конструкция непроста.
Источник изображения:- wisegeek, researchgate, spicerparts
Типы мостов — передний мост, задний мост и поворотный кулак [рабочий]
Ниже приведены три различных типа мостов 6 20 20 Задние мосты 20090
Мост
Поворотный мост
Задний мост
Между дифференциалом и ведущими колесами находится задний мост для передачи мощности от дифференциала на ведущие колеса. Из конструкции дифференциала видно, что задний мост представляет собой не единое целое, а состоит из двух половин, соединенных дифференциалом, одна часть называется полуосью.
Внутренний конец полуоси соединен с солнечной шестерней дифференциала. и внешний конец ведущего колеса. В заднеприводных автомобилях задние колеса являются ведущими. В то время как в переднеприводных автомобилях передние колеса являются ведущими. Практически все задние мосты современных легковых автомобилей являются ведущими мостами, то есть вращаются вместе с колесами.
Неподвижные оси просто остаются неподвижными, не двигаются вместе с колесами. Корпус полностью закрывает задние мосты и дифференциал, защищая их от воды, пыли и травм, а также устанавливая их внутренние подшипники и обеспечивая емкость для смазки.
Читайте также: Что такое система рулевого управления? и как это работает? [Полное руководство]
Типы задних мостов
В зависимости от методов поддержки задних мостов и установки задних колес три типа задних мостов следующие:
Полуплавающий мост
Полный -плавающая ось
Плавающая ось на три четверти
Полуплавающая ось
Полуплавающая ось имеет подшипник, расположенный на оси и внутри картера оси. Он должен выдерживать все нагрузки, перечисленные выше. Следовательно, он должен быть большего размера для того же выходного крутящего момента, чем любой другой тип. Внутренний конец оси поддерживается боковой шестерней дифференциала.
Таким образом, корпус моста освобождает от нагрузки на автомобиль. Внешний конец должен выдерживать вес автомобиля и воспринимать торцевую тягу. Внутренний конец оси соединен шлицами с боковой шестерней дифференциала.
Внешний конец имеет фланец, так что колесо можно привинтить непосредственно к нему. В некоторых конструкциях ступица колеса крепится шпонкой к внешнему концу оси. Нагрузка транспортного средства передается на ось через кожух и подшипник, что вызывает изгиб или срез оси. Полуплавающая ось является самой простой и дешевой из всех других типов и широко используется на автомобилях.
Полностью плавающая ось
Полностью плавающая ось имеет два радиальных шариковых или конических роликоподшипника, расположенных между картером оси и ступицей колеса. Наружная часть оси выполнена фланцевой, к которой болтами крепится ступица колеса. Ось не поддерживается подшипником ни на одном из концов, и ее положение сохраняется за счет того, что она поддерживается на обоих концах.
Таким образом, ось освобождается от всех нагрузок, вызванных весом автомобиля на концевой тяге. Он передает только крутящий момент. По этой причине он называется полным плавающим. Ось можно снять с корпуса, не разбирая колесо, отвернув гайки.
Дополнительным преимуществом данной конструкции является способность автомобиля останавливаться, даже если у него сломана ось. Этот тип оси больше, дороже и тяжелее, чем другой мост. Обычно устанавливается на коммерческие автомобили.
Трехчетвертная плавающая ось
Этот тип оси имеет подшипник, расположенный между ступицей и кожухом оси. Таким образом, вес транспортного средства переносится на кожух моста, а ось воспринимает только боковую тягу и крутящий момент.
Ось жестко крепится к ступице с помощью шпонки, что обеспечивает ведущее соединение и выравнивание колеса. Внутренний конец этой оси имеет ту же конструкцию, что и у полуплавающей оси. Хотя плавающая ось на три четверти более надежна, она не так проста, как полуплавающая ось.
Читайте также в нашем блоге: 4 различных типа коробок передач, которые используются в современных автомобилях
Передний мост
Передний мост используется для выдерживания веса передней части автомобиля, а также для облегчения управления и поглощения ударов из-за изменений дорожного покрытия. Он должен быть правильным и прочным по конструкции.
Передняя ось обычно изготавливается из стальной поковки, содержащей 0,4% углеродистой стали или 1-3% никелевой стали. Он выполнен двутавровым в центральной части, а торцы выполнены либо круглыми, либо эллиптическими.
При такой конструкции он воспринимает изгибающие нагрузки, связанные с нагрузкой автомобиля. Кроме того, центральная часть крутящего момента смещена вниз. Различными компонентами передней оси являются балка, поворотная цапфа, поворотный палец и рулевая тяга.
Читайте также: Основные компоненты двигателя (названия и изображения деталей двигателя)
Типы передних мостов
Обычно существует два основных типа переднего моста:
Ведущий передний мост.
Неподвижная передняя ось.
Передние мосты обычно являются мертвыми мостами, потому что они не вращаются, в отличие от ведущих мостов, которые используются в заднем мосту для передачи мощности на задние колеса. Ведущий передний мост, по сравнению с мертвым мостом, имеет дополнительную функцию передачи тягового усилия, отбираемого от раздаточной коробки, на передние колеса, имеющие другой механизм поворота.
Ведущие передние мосты, хотя и напоминают зубчатые мосты, имеют некоторое отличие на конце полуоси, где установлены колеса. Неподвижная передняя ось обладает достаточной жесткостью и прочностью, чтобы переносить вес автомобиля с рессор на передние колеса.
Концы балки оси имеют форму, подходящую для сборки поворотной цапфы. Для размещения шарнирного пальца, соединяющего вспомогательную часть узла, концы балки обычно имеют форму вилки или плоской поверхности с просверленным отверстием.
На рисунке показаны компоненты переднего моста с рулевой тягой. Колеса закреплены на поворотных цапфах. От поворотной цапфы к концам поперечной рулевой тяги присоединяются наклонные рулевые рычаги, а к тяге тяги крепится третий рулевой рычаг.
В некоторых автомобилях поперечная тяга расположена не спереди, а сбоку, чтобы обеспечить более компактную конструкцию автомобиля. Он часто используется в системах независимой подвески колес. Тяга соединяет рулевую тягу с опускаемым рычагом рулевого механизма.
Поворотный кулак
Передние колеса установлены на поворотных кулаках, которые соединены с передней осью шкворнями. Поворотные оси представляют собой поковки из 3% никелевой стали и легированных сталей, содержащих хром и молибден.
Поворотный кулак поворачивается на розовом штифте, который представляет собой легкий привод, вставленный в проушину балки оси и зафиксированный коническим шплинтом.