Разница между валом и осью

Валы и оси машин » Детская энциклопедия (первое издание)

В любой машине, почти в каждом приборе есть вращающиеся детали: колеса, шкивы, штурвалы, рычаги. Чтобы они могли вращаться, их укрепляют на другие, на первый взгляд очень простые, детали — оси или валы. В чем разница между валом и осью?

Вспомните тяжелый железнодорожный вагон. Он поставлен на 2 ходовые тележки; 8 пар колес этих тележек свободно катятся по стальным рельсам. Толстые, прочные оси, на которых закреплены колеса, служат им только опорой и не передают от одного колеса к другому никаких усилий. Ось может вращаться вместе с колесами, как у вагона, а может быть закреплена неподвижно, как у велосипеда. Она, как правило, имеет опоры с обоих концов. Если же ось закреплена только с одного конца, а на другом установлено колесо, то ее называют полуосью. На таких полуосях установлены передние колеса автомобиля. Это позволяет автомобилю делать крутые повороты.

В отличие от оси вал не только поддерживает вращающиеся детали, а, самое главное, передает вращающие усилия от одной части механизма к другой. Например, все двигатели имеют не оси, а валы, которые соединяются с другими деталями машины и передают им движение. Такие валы называют коренными. Иногда вал соединяет двигатель непосредственно с рабочим органом машины. Так, у судна есть вал, на конце которого установлен гребной винт. На валу поршневого авиационного двигателя установлен воздушный винт.

Есть валы, преобразующие один вид движения в другой. Например, коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания преобразует поступательное движение поршней во вращательное движение колес самоходной машины (через систему передач), а кулачковый вал, наоборот, преобразует вращательное движение в поступательное движение толкателей.

Передаточные валы передают вращение от одной части машины к другой или от одного двигателя к нескольким станкам и т. д. Они могут быть выполнены из сплошного металла или трубы. А иногда в качестве вала используется гибкий металлический трос, как, например, в бормашине.

Все вращающиеся оси и валы устанавливаются в неподвижных частях механизмов при помощи специальных опор — подшипников. В автомобиле можно встретить почти все виды осей и валов, о которых здесь упоминается.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вакуумная техника

Бизнес: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги — контроль • Ценные бумаги — оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит Промышленность: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика Строительство • Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством

Основное отличие оси от вала состоит в том, что ось не осуществляет передачу крутящего момента на другие детали. На нее оказывают воздействие только поперечные нагрузки, и она не испытывают сил кручения.

Вал, в отличие от оси, передает полезный крутящий момент деталям, которые на нем закреплены. Кроме того, оси бывают как вращающимися, так и неподвижными. Вал же вращается всегда. Большинство валов можно разделить по геометрической форме оси на прямые, кривошипные (эксцентриковые) и гибкие. Также бывают валы коленчатые или непрямые, которые служат для преобразования возвратно-поступательных движений во вращательные. Оси же по своей геометрической форме бывают только прямыми.

Материалы для изготовления

К главным критериям, которые являются залогом правильного функционирования рассматриваемых элементов, относят объемную прочность и износостойкость при микроскопических перемещениях, становящихся причиной коррозии.

Чаще всего рассматриваемые детали делают из углеродистых и легированных сталей. Это обусловлено тем, что данные материалы отличаются высокой прочностью и способностью к упрочнению. К тому же нужные элементы удается получить прокаткой. В приборостроении эти детали делают из сплавов цветных металлов и модифицированного чугуна. Для не самых важных конструкций, которые не подвергаются высоким нагрузкам, используют легированную сталь 40ХНМА, 25ХГТ.

Если зубчатые колеса имеют небольшой диаметр, вал и шестерню делают в качестве единого целого. В такой ситуации материал требуется выбирать в зависимости от требований к изготовлению шестерни.

Механическая обработка валов обычно осуществляется в центрах. Для этого заготовки снабжают отверстиями по центру

Важно, чтобы галтели, пазы и канавки обладали одинаковыми размерами. Это дает возможность использовать для обработки одинаковые инструменты

В автомобильной промышленности коленчатые валы моторов делают из высокопрочного или ковкого чугуна.

Материалы

В зависимости от внешних сил, которым подвергается деталь вал в процессе эксплуатации, осуществляется для его изготовления.

Для этой цели используют с высоким содержанием углерода, так как обладают улучшенными механическими характеристиками и износостойкостью. Получают данные детали методом прокатки.

Основную массу валов производят из легированной стали марки 45Х, со средним содержанием углерода. Для валов, подвергающихся высоким напряжениям используют стали 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ и другие, которые подвергаются процессу закалки с высоким отпуском.

Кроме того, для коленчатых тяжелых валов в качестве материала используют высокопрочные чугуны, образованные путем вкрапления в металлическую решетку шарообразных включений углерода и содержащие в составе Mg, Ca, Se, Y.

Назначение и классификация валов и осей

Определение 1

Вал – это деталь, которая предназначена для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нем деталей и опор.

Определение 2

Ось – деталь, которая предназначена для поддержки деталей, расположенных на ней, и восприятия действующих на них сил.

Оси и валы классифицируются по следующим признакам:

1. Геометрическая форма. Согласно данному признаку валы делятся на прямые, коленчатые, гибкие, кривошипные, карданные и телескопические. Оси, как правило, изготавливаются прямыми. Наиболее распространены прямые валы, у них продольная геометрическая ось является непрерывной прямой линией, к данному виду валов относятся валы коробок передач, редукторов, а также колесных и гусеничных машин. Коленчатые валы, у которых продольная геометрическая ось – ломаная прямая линия, используются в кривошипно-шатунных механизмах, которые предназначены для преобразования во вращательное движение возвратно-поступательного или наоборот. Кривошипные и коленчатые валы применяются для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневой двигатель) и наоборот (компрессор). Гибкие валы предназначены для передачи вращающего момента между узлами машин. Телескопические валы используются в случае необходимости осевого перемещения одного вала относительно другого, для того, чтобы передать движение между деталями, оси вращения которых располагаются таким образом, что осуществить жесткую связь между ними невозможно.
2. Вид формы осевого сечения. Согласно данному признаку валы делятся на ступенчатые валы, у которых имеются на отдельных участках различные размеры поперечных сечений, шлицы, резьба, проточки, криволинейные или конические переходы и т. п., а также валы по всей длине с постоянными размерами сечений. Использование валов с постоянными размерами поперечных сечений целесообразно только в том случае, если они главным образом нагружены постоянным крутящим моментом по всей длине, при этом изгибающие моменты незначительны. В основном применяются ступенчатые валы. Ступенчатость осевой формы вала усложняет его изготовление и способствует увеличению его стоимости, однако, ступенчатость необходима для посадки размещаемых на вале деталей на свои рабочие места без повреждения соседних участков вала и для создания упоров (заплечиков), требуемых для осевой фиксации насаженных на вал деталей и восприятия значительных осевых усилий.
3. Вид поперечных сечений участков. Согласно данному признаку валы делятся на сплошные и полы с некруглым и круглым поперечным сечением. К некруглым поперечным сечениям относятся также сечения, которые имеют, поперечное отверстие и шлицы. Применение полых валов способствует значительному снижению их веса. В данном случае экономится порядка 60 % металла. Но полые валы существенном сложнее в изготовлении. Поэтом, в основном используются сплошные валы, а полые валы только при жёстких требованиях к весу, или в случае необходимости прохождения сквозь валы или размещения внутри валов других деталей. Некруглые поперечные сечения посадочных участков валов применяют при действии существенных крутящих моментов, то есть в том случае, когда использование шпоночных или шлицевых соединений нецелесообразно. Сечения с поперечными отверстиями применяют в особых случаях.
4. Метод изготовления. Согласно данному признаку валы делятся на составные и цельные. Наиболее распространены цельные валы. Использование составных валов обусловлено тем, что круглая качественная сталь поставляется длиной только до 6-7 метров, поэтому, более длинные валы изготавливают составными.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки

ИИ ответит за 2 минуты

Виды и назначение валов и осей

1). Общее сведение. 2). Разновидности валов и осей. 3). Конструктивные элементы валов и осей. 4). Материалы валов и осей.

1). Зубчатые колёса, шкивы, звёздочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях. Вал предназначен для поддержания сидящих на нём деталей и передачи вращающегося момента. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие. Ось – это деталь, предназначена для поддержания сидящих на ней деталей. В отличие от вала ось не передаёт крутящего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижными или вращаться вместе с насаженной на неё деталей.

2). По геометрической форме валы делятся на прямые, коленчатые и гибкие. Коленчатые и гибкие валы относятся к специальным деталям и в настоящем курсе не рассматривается. Оси, как правило, изготавливают прямыми. По назначению прямые валы и оси могут быть гладкими или ступенчатыми. Образование ступеней связанно с нагрузкой отдельных сечений, а так же условиями изготовления и удобства сборки. По типу сечения валы и оси бывают сплошные и полые. Полые сечения применяются для уменьшения массы или для размещения внутри себя другой детали.

3). Участки вала или оси, лежащие на опорах, называют опорными. Они подразделяются на три разновидности: I. Шипом называется цапфа, которая расположена на конце вала или оси и передающая радиальную нагрузку. II. Шейкой называется цапфа, которая расположена в средней части вала или оси. Опорами для опор и шеек служат подшипники. Шипы и шейки могут быть сферическими, коническими и цилиндрическими. III. Пятой называют цапфу, которая передаёт осевую нагрузку. Опорами для пят служат подпятники. Пяты могут быть сплошными, кольцевидными и гребенчатыми. Они применяются редко.

4). Материалы валов и осей должны быть прочными, легко обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Прямые валы и оси изготовлены в основном из углеродистых и легированных сталей. Для валов и осей без термообработки применяют стали СТ – 5, СТ – 6, для валов с термообработкой применяют стали СТ – 45, СТ – 40Х. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготавливают из стали СТ – 20, СТ – 20Х, СТ – 12Х, СТ – 3А. Цапфы этих валов цементируют для повышения износостойкости. Валы и оси обрабатывают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных гнезд.

Copyright: Зиппо Майран, 2011 Свидетельство о публикации №211120601472

Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

Ежедневная аудитория портала Проза.ру – порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.

Все права принадлежат авторам, 2000-2023. Портал работает под эгидой Российского союза писателей. 18+

Элементы конструкции валов и осей

1 Цапфы.

Участки вала или оси, лежащие в опорах,
называются цапфами. Они подразделяются
на шипы, шейки и пяты.

Шипом

называется цапфа, расположенная на
конце вала или оси и передающая
преимущественно радиальную нагрузку
(рис. 1).

Рисунок 2 – Пяты

Шейкой

называется цапфа, расположенная в
средней части вала или оси. Опорами для
шеек служат подшипники.

Шипы и шейки по
форме могут быть цилиндрическими,
коническими и сферическими. В большинстве
случаев применяются цилиндрические
цапфы (рис. 1).

Пятой
называется
цапфа, передающая осевую нагрузку
(рисунок 2). Опорами для пят служат
подпятники. Пяты по форме могут быть
сплошными (рисунок 2, а), кольцевыми
(рисунок 2, б) и гребенчатыми (рисунок 2,
в). Гребенчатые пяты применяют редко.

2 Посадочные
поверхности.

Посадочные поверхности валов и осей
под ступицы насаживаемых деталей
выполняют цилиндрическими (рисунок 1)
и реже коническими. При прессовых
посадках диаметр этих поверхностей
принимают примерно на 5% больше диаметра
соседних участков для удобства напрессовки
(рисунок 1). Диаметры посадочных
поверхностей выбирают по ГОСТ 6336-69, а
диаметры под подшипники качения – в
соответствии с ГОСТами на подшипники.

3 Переходные
участки.

Переходные участки между двумя ступенями
валов или осей выполняют:

С канавкой со
скруглением для выхода шлифовального
круга по ГОСТ 8820-69 (рисунок 3, а). Эти
канавки повышают концентрацию напряжений,
поэтому рекомендуются на концевых
участках, где изгибающие моменты
небольшие;

Рисунок 3 –
Переходные участки вала

с галтелью *
постоянного радиуса по ГОСТ 10948-64
(рисунок 3, б);

С галтелью
переменного радиуса (рисунок 3, в), которая
способствует снижению концентрации
напряжений, а потому применяется на
сильно нагруженных участках валов и
осей.

Эффективными
средствами для снижения концентрации
напряжений в переходных участках
является протачивание разгрузочных
канавок (рисунок 4, а), увеличение радиусов
галтелей, высверливание в ступенях
большого диаметра (рисунок 4, б).

Рисунок 4 – Способы
повышения усталостной прочности валов

Оси служат для поддержания вращающихся вместе с ними или на них различных деталей машин и механизмов. Вращение оси вместе с установленными на ней деталями осуществляется относительно ее опор, называемых подшипниками. Примером невращающейся оси может служить ось блока грузоподъемной машины (рис. 1, а), а вращающейся оси – вагонная ось (рис. 1, б). Оси воспринимают нагрузку от расположенных на них деталей и работают на изгиб.

Рис. 1

Примеры применения вала и оси

Валы и оси широко применяются в различных механизмах и машинах. Вот несколько примеров их использования:

• В автомобиле: валы обеспечивают передачу силы от двигателя к колесам. Оси поддерживают колеса и позволяют им вращаться свободно.
• В промышленных станках: валы используются для привода различных рабочих инструментов, таких как фрезы, сверла и токарные ножи. Оси служат для удержания и направления обрабатываемых деталей.
• В велосипеде: валы передают силу педалей на заднее колесо. Ось переднего колеса позволяет ему вращаться, а ось заднего колеса поддерживает его и передает динамику от вала.
• В насосных системах: валы приводят в движение роторы насосов, а оси предназначены для поддержания и выравнивания насосных труб.
• В электродвигателях: валы приводят ротор двигателя в движение, а оси поддерживают и выравнивают его.

Это лишь некоторые примеры использования валов и осей в механике. Они широко применяются во многих других областях, где требуется передача силы или вращение

Важно правильно выбирать валы и оси, учитывая требования конкретного механизма и условия его работы

Конструктивные элементы. Материалы валов и осей

Цапфы
–
опорные участки 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. 2). Шейкой
называют
цапфу в средней части вала
или оси. Опорами
для шипов и шеек валов служат
под­
шипники.
Шипы
и шейки по форме могут быть цилиндри­
ческими,
коническими или сферическими.
В
большинстве слу­чаев
применяют цилиндрические
цапфы.

Рис.3.
Пяты

Пятой
Опорами
для пят служат
подпятники.
Пяты
сплошны­
ми
(рис. 3,
а),

кольце­
выми
(рис. 3,
б)

гре­
бенчатыми
в).

Посадочные
поверхности
валов
и осей под
ступицы
наса­живаемых
деталей выполняют цилиндрическими
и коничес­
кими
(см.
рис. 2). При посадках с натягом диаметр
этих поверхностей
принимают больше диаметра соседних
участ­ков
для удобства напрессовки и снижения
концентрации напряжений
(см. рис. 2). Диаметры посадочных
поверхно­стей
и диаметры под подшипники скольжения
выбирают из ряда нормальных линейных
размеров, диаметры под под­шипники
качения – по стандартам на подшипники.

Конические
концы валов (см. рис. 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. 4, а);

б)
с
галтелью постоянного радиуса,
рис.
4, б
(гал­тель
– поверхность плавного перехода от
участка меньше­го
сечения к большему);

в)
с
галтелью переменного радиуса
(рис.4,
в).

Рис.
4. Переходные участки вала

Переходные
участки являются концентраторами
напря­
жений.
Эффективным
средством для снижения концентра­ции
напряжений в переходных участках
является повышение

податливости
путем
выполнения раз­грузочных канавок
(рис.5, а),
увеличе­ния
радиусов галтелей, выполнения отвер­стий
в ступенях большего диаметра (рис.5,
б).
Деформационное упрочнение (на­
клеп)
галтелей повышает несущую спо­
собность
валов и осей.

Рис. 5.Способы
повышения уставной прочности валов

Материалы
валов и осей
должны
хоро­
шо
обрабатываться, быть прочными и
иметь
высокий модуль упругости.
Этим
требованиям
наиболее полно удовлетво­ряют
углеродистые и легированные ста­ли,
из которых преимущественно изготав­ливают
валы и оси. Для валов и осей без упрочняющей
термообработки
применяют стали Ст5, Ст6; для валов с
термообработкой
– стали 45, 40Х. Быстроходные валы,
работающие в подшипниках скольжения,
изготовляют из сталей
20,
20Х, 12ХНЗА.
Цапфы
этих валов цементуют
для
повышения износостойкости.

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

Обновлено: 15.10.2019

103583

Материалы для коленчатого вала

Для изготовления коленчатых валов применяются стали 45, 45А, 40Х, 20Г2 и 50Г. В дизелях, работающих с давлением наддува рк ^ 0,15 Мн/м2 (1,5 кГ/см2), для коленчатых валов используют высоколегированные стали 18ХНМА, 18ХНВА и 40ХНМА с повышенными пределами текучести и прочности.

Обычно коленчатые валы изготовляют ковкой. В последнее время стали применять литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, перлитного ковкого чугуна, легированного никельмолибдено-вого чугуна.

Наибольшее применение для литых коленчатых валов получил высокопрочный ВЧ 50-1,5 (НВ 187—255) и перлитовый чугун.

Литые коленчатые валы имеют следующие преимущества по сравнению с коваными: меньший расходметалла,сокращениечисла операцийпримеханическойобработке,возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла и повышения усталостной прочности.

Литые коленчатые валы из чугуна обладают лучшей способностью гашения крутильных колебаний.

Литые чугунные валы обладают меньшей прочностью (особенно на изгиб), чем штампованные стальные валы. Поэтому у чугунных валов увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, толщину щек и радиусы галтелей. Чугунные коленчатые валы изготовляют полноопорными. Шейки чугунных валов имеют высокую износостойкость, что позволяет применять подшипники из свинцовистой бронзы.

Масса обработанного литого коленчатого вала на 10—15% меньше массы кованого.

После ковки коленчатые валы отжигают или нормализуют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости до НВ 163—269,чтобы облегчитьмеханическую обработку.После механической обработки коленчатые валы перед шлифованием подвергают вторичной термической обработке (закалка и отпуск), что значительно улучшает их механические свойства и повышает поверхностную твердость шеек. Обычно вторичная термическая обработка производится с нагревом т. в. ч. (токами высокой частоты).

Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—4 м.и, чтобы после перешлифования шеек коленчатого вала под ремонтные размеры толщина закаленного слоя была не менее 1 мм. Твердость шеек коленчатого вала из стали 50Г HRC52—62, а из стали 45Г2 — HRC48—50.

Размер и форма

Валы и оси отличаются друг от друга в размере и форме. Валы обычно представляют собой длинные цилиндрические стержни с постоянным диаметром. Они могут иметь разные длины в зависимости от конкретного применения, но их форма почти всегда остается одинаковой. Оси, с другой стороны, могут иметь разные формы и размеры в зависимости от конкретного назначения.

Например, оси могут быть тонкими и прямыми для поддержки легких предметов, таких как вентиляторы или освещение. Они также могут быть более массивными и изогнутыми для поддержки тяжелых предметов, таких как механические устройства или автомобили. Форма и размер оси определяются требованиями конкретного приложения и могут сильно различаться.

Также валы и оси могут отличаться в своей структуре. Валы обычно имеют однородную структуру, поскольку они должны быть прочными и не подвергаться изгибу или искривлению. Оси, с другой стороны, могут иметь более сложную структуру, включая полости, выступы или другие особенности, чтобы лучше выполнять свою задачу.

Валы	Оси
Цилиндрическая форма	Разнообразные формы
Однородная структура	Сложная структура
Постоянный диаметр	Различные размеры

Подробно рассмотрев те вопросы, которые были поставлены выше, можно заключить:

1. Вал отличается от оси своей функциональностью и геометрией.
2. Вал состоит из 3-х участков (цапфы, шейки, шипа).
3. Существуют различные типы классификации валов по назначению и формам.
4. Материалом для детали выступают легированные стали различных марок, реже с шарообразными вкраплениями углерода.
5. Изготовление вала включает в себя несколько этапов и требует специальных знаний и значительных затрат энергоресурсов.
6. Для увеличения времени эксплуатации валов на этапе производства их поверхность покрывают специальными материалами.
7. Вал широко применяется во многих механизмах в различных областях деятельности человека.

Прежде чем разбираться, чем отличаются между собой вал и ось, следует иметь четкое представление о том, что, собственно, представляют собой эти детали, для чего и где они используются и какие функции выполняют. Итак, как известно, валы и оси предназначены для удержания на них вращающихся деталей.