Назначение и классификация валов
Основная функция валов: поддержка вращающихся частей, передача движения и энергии
Классификация по несущей способности:
- Вращающийся вал: во время работы воспринимает как изгибающий момент, так и крутящий момент
- Шпиндель: только изгибающий момент подшипника
- Трансмиссионный вал: несущий только крутящий момент, не изгибающий момент (или очень малый изгибающий момент)
Классификация по форме оси:
- Коленчатый вал: шатун коленчатого вала может осуществлять взаимное преобразование между вращательным и возвратно-поступательным движением
- Прямой вал
- Оптический вал: простая форма, легкая обработка, мало источников концентрации напряжений; обычно используется для шпинделей и трансмиссионных валов
- Ступенчатый вал: легко собирается и размещает детали на валу; обычно используется для вращающихся валов
Классификация по степени твердости:
- Цельный вал: общее
- Полый вал: уменьшение массы вала; установка других частей в вал для специальных требований; случаи с особенно важными функциями; соотношение внутреннего и внешнего диаметра обычно составляет 0,5 ~ 0,6
- Проволочный гибкий вал (проволочный гибкий вал): обладает хорошей гибкостью и может гибко передавать вращательное движение в закрытое пространство
Основное содержание конструкции вала
Структурное проектирование
Структурная форма
Размеры
Расчет трудоспособности
Прочность: В большинстве случаев требуется только расчет вала на прочность
Жесткость: Для валов с высокими требованиями к жесткости и тонких валов с большими усилиями необходимо выполнить расчет жесткости
Вибрационная устойчивость: Для валов, работающих на высоких скоростях, необходимо произвести расчет виброустойчивости
Материалы валов
Углеродистая сталь, легированная сталь
Чаще всего используется сталь 45
Варианты использования легированной стали: передача большой мощности, требующая уменьшения размеров и массы, повышение износостойкости цапфы, а также валы, работающие в условиях высоких или низких температур.
При нормальной рабочей температуре (менее 200 °C) модуль упругости различных углеродистых и легированных сталей одинаков, поэтому при выборе типа стали и определении метода ее термообработки за основу берется прочность и износостойкость, а не жесткость вала на изгиб или кручение.

Различные виды термической обработки (такие как высокочастотная закалка, науглероживание, азотирование, цианирование и т.д.) и поверхностной упрочняющей обработки (например, дробеструйное упрочнение, прокатка и т.д.) оказывают значительное влияние на повышение усталостной прочности вала.

Конструкция вала
Конструкция вала: разумная форма вала + все структурные размеры
Факторы, влияющие на структуру вала:

1. Положение и форма вала в машине

2. Тип, размер, количество и способ соединения деталей, установленных на валу

3. Характер, размер, направление и распределение нагрузки

4. Технология обработки валов
Требования к конструкции вала:

- Вал и детали, установленные на валу, должны иметь точное рабочее положение

- Детали на валу должны легко устанавливаться, разбираться и регулироваться

- Вал должен обладать хорошей технологичностью изготовления

Вопросы, на которые следует обратить внимание при заказе валов
Трансмиссионный вал - это основной компонент механической трансмиссии. Перед покупкой необходимо уточнить некоторые моменты. Во-первых, это технические характеристики, такие как требования к диаметру, длине, материалу, обработке поверхности и т. д. вала. Второе - это материал. Обычно используются такие материалы, как сталь, алюминиевый сплав, титановый сплав и т. д. Выбирайте подходящий материал в соответствии с потребностями и спецификациями. Еще один параметр - момент инерции, который представляет собой физическую величину, измеряющую способность объекта сохранять свое первоначальное вращательное состояние. При покупке приводного вала необходимо учитывать, соответствует ли его момент инерции вашим потребностям. Если момент инерции слишком велик, это может привести к нестабильности при запуске или переключении передач, а также к вибрации и шуму. Кроме того, существуют точность и допуск. Если точность и допуск слишком велики, это может привести к таким проблемам, как вибрация, шум и износ. Поэтому при покупке карданного вала необходимо обратить внимание на то, соответствуют ли его точность и допуск вашим потребностям. Наконец, существует вопрос цены.

 

1. Высококачественные углеродистые конструкционные стали, такие как углеродистая сталь 35, 45 и 50, широко используются благодаря их высоким комплексным механическим свойствам, среди которых сталь 45 является наиболее широко используемой. Для улучшения механических свойств необходимо провести нормализацию или закалку и отпуск. Для неважных или менее нагруженных валов можно использовать углеродистые конструкционные стали, такие как Q235 и Q275.
2. Легированная сталь обладает высокими механическими свойствами, но она более дорогая и часто используется для валов с особыми требованиями. Например, для высокоскоростных валов с подшипниками скольжения обычно используются низкоуглеродистые легированные конструкционные стали, такие как 20Cr и 20CrMnTi. После науглероживания и закалки можно повысить износостойкость шейки вала; Вал ротора машины должен обладать хорошими высокотемпературными механическими свойствами при работе в условиях высокой температуры, высокой скорости и большой нагрузки. Часто используются легированные конструкционные стали, такие как 40CrNi и 38CrMoAlA. При изготовлении заготовки вала приоритет отдается поковкам, затем следует сталь; при больших размерах или более сложных конструкциях можно использовать литую сталь или ковкий чугун. Например, использование ковкого чугуна для изготовления коленчатых и распределительных валов имеет такие преимущества, как низкая стоимость, хорошее поглощение вибраций, низкая чувствительность к концентрации напряжений и хорошая прочность. Механическая модель оси представляет собой балку, и большая ее часть должна вращаться, поэтому напряжение в ней обычно симметричное циклическое. Возможные формы разрушения включают усталостное разрушение, разрушение от перегрузки и чрезмерную упругую деформацию. Обычно на вал необходимо устанавливать некоторые детали с колесами, поэтому большинство валов следует делать ступенчатыми с большим количеством режущей части.