Машинни елементи на въртеливото движение



страница1/2
Дата20.08.2018
Размер0.76 Mb.
#81831
  1   2
 

 

МАШИННИ ЕЛЕМЕНТИ НА ВЪРТЕЛИВОТО ДВИЖЕНИЕ

 

Машинните елементи за обезпечаване на въртеливо движение - оси, валове, лагери и съединители са основни градивни елементи на механизмите и машините.



Осите са предназначени за поддържане на въртящи се детайли и не предават въртящ момент. Те могат да участват или не във вър­теливото движение на машинните елементи които поддържат.

Валовете, освен че изпълняват посочените за осите функции, се използват и за предаване на въртящ момент от едни машинни еле­менти на други. Само малка част от валовете (гъвкави и торсионни валове) не поддържат въртящите се машинни елементи.

Валовете и осите имат аналогична форма, зависеща от предназ­начението им и обща функция - да поддържат въртящите се машин­ни елементи.

Онези части от осите и валовете, които служат като опора на същите в радиално и аксиално направление, се наричат шийки и пети.

Връзката между вала и корпусните детайли се осъществява чрез лагери. Последните служат да поддържат вала или оста в опреде­ле­но положение без да препятстват движението им (при най-малко съпротивление от триене).

В зависимост от характера на триенето в лагерите последните се делят на плъзгащи и търкалящи лагери.

Връзката между отделните валове или други машинни елементи се осъществява чрез съединители. Те служат за предаване на пъл­ния въртящ момент и в зависимост от функционалното си предназ­начение биват подвижни и неподвижни.

 

Глава IV

 

ВАЛОВЕ И ОСИ – ПРЕДНАЗНАЧЕНИЯ,

 

1. Общи сведения и основи на конструирането

Конструктивната форма на валовете и осите се обуславя от детайлите, които се монтират върху тях, от разположението на опо­рите, от пренасяните сили и моменти и от технологичните изиск­вания за монтаж на възела.

В зависимост от възприеманите сили се различават прави, торсионни, колянови, карданови телескопични валове и оси.



Правите валове (с права ос) се използват в зъбните, ремъчните и други предавки. Тъй като предаването на въртящия момент е свързан с възникване на сили, например силите в зъбното зацеп­ване, силите от предварителното опъване в ремъчната предавка и т. н., валовете обикновено са подложени не само на усукване, но и на огъване.




д

 


Фиг. 4.1. Основни типове валове
В зависимост от разпределението на натоварването по дължината на оста на вала и изискванията за монтаж на възела правите валове се изработват гладки (фиг. 4.1 а) или стъпални, близки по форма към греда с еднаква якост на огъване (формата на гредата е показана с прекъсната линия на фиг. 4.1 б). Гладките валове са по-технологични, но не винаги са по-пред­по­чи­таните пред стъпалните, които поз­воляват фиксиране на машинните елементи, разположени върху тях, в осово направ­ление. Бързовъртящите се валове често се изработват като вал-зъбно колело (фиг. 4.1 в). В зависимост от предназначението си ва­ловете могат да бъдат изработени и кухи (фиг. 4.1 г). Изработването на отвора във ва­ла е продиктувано от изискването за оле­ко­тяване или за разполагане на други меха­низми (цангови устройства, тръбопро­води за мазане, кабели за електро­управ­ление на съе­динители и др.).

За съединяване на валове, разпо­ложени на голямо разстояние един от друг се изпол­зват торзионни валове (пред­назначени са за предаване само на въртящ момент). Те също могат да бъдат кухи или плътни. В редица пътностроителни и селскостопански машини се използват валове с дължина до 20 m. Тези валове се наричат трансмисионни.

При необходимост от преобразуване на възвратнопостъ­пател­ното дви­­жение във въртеливо (при двигателите с вътрешно горене) или обратно (при компресорите) се използват колянови валове (фиг. 4.1 д).



­За предаване на въртящ момент между несъосно разположени агрегати се използват гъвкави валове с криволинейна ос при работа (фиг. 4.2). Такива валове имат голяма стабилност при усукване и малка стабилност при огъване.


Фиг. 4.2. Гъвкав вал


Валът се състои от жило 3 с няколко слоя усукани в противоположни направления върху него метални нишки 2 (фиг. 4.2 а), разположено в метален гъвкав кожух 1, който е неподвижно закрепен към фланеца 4 (фиг. 4.2 б). Въртящият мо­мент се предава чрез накрайника 5, неподвижно закрепен към гъв­кавия вал. Допустимият въртящ момент зависи от посоката на навиване на последния слой и посоката на предавания момент. Ако пред­аваният въртящ момент усуква външния слой така , че той да уплътнява останалите, той има максимална стойност. Най-големият ъгъл на усукване е . При работа на вала с неизкривена ос допустимият въртящ момент може да се увеличи 3...7 пъти.

В зависимост от разположението, честотата на въртене и предназначението, валовете се делят на входящи, междинни и изхо­дящи, бавноходни и бързоходни, разпределителни, карданови и др.



Осите в зависимост от предназначението си биват въртящи се или неподвижни. Неподвижните оси изискват вграждане на лагери във въртящите се машинни елементи, които се монтират върху тях.

За монтиране на зъбни колела, шайби, съединители, лагери и други машинни елементи се предвиждат цилиндрични или конусни участъци с определен диаметър и дължина.




Фиг. 4.3. Средства за възприемане на осови натоварвания и осово закрепване на детайлите върху валовете и осите
За фиксиране на ука­заните детайли в осово направление или за тях­ното закрепване и от якост­на гледна точка е целесъобразно валове­те и осите да се констру­ират с променливо сече­ние, да са снабдени с ка­нали за пружинни пръс­­тени или с резба.

Осовите натоварва­ния на валовете и осите се предават по следните начини:

- тежки натоварва­ния - чрез базиране на елементите в офор­мените върху валовете и осите шийки и стъпала чрез пресови сглобки (фиг. 4.3 а, б);

- средни натоварвания - чрез фиксиране на детайлите с гайки или щифтове (фиг. 4.3 в, г);

- леки натоварвания - посредством стопорни винтове, клемни съединения или пружинни пръстени (фиг. 4.3 д - ж).

При конструирането на валове и оси трябва да се прилагат ефек­тивни конструктивни и технологични средства за повишаване на якостта им. Наблюдаваното рязко понижаване на якостта на умора на валовете в мястото на сглобката е свързано с концен­трация на налягания и фретинг корозия, предизвикана от локалните отно­сителни преплъзвания и налягания.

 

Конструктивни средства за повишаване на издръжливостта на валове и оси

Най-ефективно е удебеляването на шийката на вала, върху която е монтиран съответния машинен елемент за предаване на въртенето (фиг 4.4 а), закръгляване на острите ръбове на мон­тирания върху шийката машинен елемент (фиг 4.4 б), утъняване на главината на същия (фиг 4.4 в), оформяне на разтоварващи канали по челните повърхнини на главината (фиг 4.4 г) или зали­ване на главината с материал с нисък модул на еластичност (фиг 4.4 д).

Якостта на валовете в местата на шпонковите и шлицовите съединения може да бъде повишена чрез използване на: еволвентни шлицови съединения; шлицови съединения с вътрешен диаметър,




Фиг. 4.4. Конструктивни средства за повишаване на съпротивлението на валовете срещу умора в местата на сглобката
равен на диаметъра на вала на съседните участъци или с плавни изходи на шлиците на повърхнината за обезпечаване на минимум концентрация на напрежения при огъване; шпонкови канали, изработени с дискова фреза и имащи плавен изход на повърхността. Увеличаването на якостта на шийките на валовете и осите може да се осъществи чрез предизвикване на повърхностен наклеп (чрез ролкуване или обстрелване на шийката със сачми). Това позволява увеличаване на издръжливостта на валовете с концентрация на напрежения с 80...100 % (този ефект се наблюдава при валове с диаметри 500...600 mm).


 

Таблица 4.1. Канали за изход на шлифовъчния диск



b

h

r

r1

d

(1)

0.2

0.3

0.2

 

(1.6)

 

0.5

0.3

до 10

2

0.3

 

 

 

3

 

1

0.5

над10 до 50

5

 

1.6

 

над 10 до 100

8

0.5

2

1

над 100

(10)

 

3

 

 
Преходните участъци на валовете между две съседни стъпала с различни диаметри се изпълняват в зависимост от предназ­начението на шийката на валовете и осите по следните начини:

1. С канали за изход на шлифования диск. Конструк­тивното оформяне на прехо­дите е показано на фиг. 4.5, а числените стойности на пара­метрите на канавките в таблица 4.1. Показаното кон­структивно оформяне на пре­ходите е продиктувано от изискването за челно приля­гане на монтираните върху валовете и осите машинни елементи (лагери, зъбни колела и др.) и от техно­ло­гични съображения (бързо износване на ръбовете на шлифовачния диск и труднос­ти при заточването му с малък радиус). Канавките се изработват върху валове, диаметрите на които се определят от условието за коравина или в края на валовете, където огъващите моменти са малки. Канавки са необходими и при нарязване на резби върху външни или вътрешни цилиндрични и конусни повърхнини.




Фиг. 4.5. Канали за изход на шлифовачния диск
2. С преходна повърхнина с постоянен радиус (фиг. 4.6 а). Радиусът се избира по-малък от радиуса на закръг­ление или фаската на монти­рания върху шийката еле­мент. Този начин на офор­мяне на прехода от един диаметър към друг създава по-добри условия за нама­ляване на концен­трацията на напреже­нията. Желателно е радиусът на закръгление в силно напрег­натите зони да е. При лагерни шийки, ако не се използват пока­заните на фиг. 4.5 канавки за изход на шлифовъчния диск, се препо­ръчва r/d=0.02...0.04 и t/r=3.

3. С преходни повърхнини със специална форма. Преход­ната повърхнина може да бъ­де с профил в надлъжно нап­рав­ление елипса (фиг. 4.6 б) или преходна крива с два ра­диуса (фиг. 4.6 в). При огъ­ва­не и усукване r=d; D1=1.3d; r1=0.1d.

При отговорни валове, за съчетаване на изискванията от конструктивна, технологична и експлоатационна гледна точка, се препоръчва използването на дистанционен пръстен (фиг. 4.6 г).

В редица случаи може да се окаже икономически по- целесъобразно използването на по-прости мерки за повишаване на якостта на умора не чрез сложни преходни повърхнини, а чрез увеличаване на диаметъра на вала.

Приведените по горе съображения се отнасят за валове, имащи незначителен запас от якост. Ако размерите на вала се определят не от гледна точка на якост, а от изискване за стабилност или от размерите на лагерите, не е необ­ходимо да се прибягва до конструктивни и технологични решения за повишаване на якостта на умора. При тези случаи главно внимание трябва да се отделя на технологичността на вала.




Фиг. 4.6. Преходни повърхнини
При конструиране на оси трябва да се съблюдава изискването, ако е въз­можно, те да не менят своето поло­жение относно действащите върху тях сили. В този случай напрежението на огъване няма да бъде знакопроменливо. Напри­мер оста на паразитно зъбно колело от тази гледна точка е жела­телно да се направи неподвижна, тъй като силите, действащи в зъбното зацепване и огъва­щи оста не променят своето направ­ление в пространството.

 

Технологични изисквания при конструирането



Технологията на монтаж на възлите предявява едно прин­ципно изискване - валът трябва да бъде конструиран така, че все­ки ма­шинен елемент да пре­ми­на­ва свободно до шийката, върху която трябва да бъде монтиран със сглобка. Затова, ако два или повече елемента се мон­тират от едната страна на вала, не се пре­поръчва кон­струирането му с ед­накви диаметри на шийките при сглобки с предва­рителна стег­­натост. Монтира­нето и де­мон­­тирането на елемен­тите в този случай се затруднява, а сглобката на елемента 2 ще се наруши при преминаване на елемента 1, ако вала не е оформен конструктивно както е показано на фиг. 4.7 а. При този случай диаметърът на отвора на елемента 1 трябва да бъде по-голям от този на елемента2.


Фиг. 4.7. Технологични аспекти при конструктивното оформяне на вала
Ако върху вала или оста се монтира само един елемент с по-голяма дължина, конструктивното им изпълнение с различни диа­метри е нежелателно. Поради неизбежната несъосност между двете шийки на вала и двата отвора на елемента се получават значителни еластични, а в някои случаи даже и пластични деформации. В този случай целесъобразно е шийките на вала да бъдат с еднакъв диа­метър, като се намали стегнатостта на първата (по направлението на монтиране) шийка (фиг. 4.7 б). Ако се използва напречно пресо­ване (чрез загряване на обхващащия детайл или охлаждане на обхва­щания), не се изисква разлика в стегнатостите в сглобките на отделните шийки. При демонтажни операции се препоръчва използ­ването на индуктори за загряване на обхващащия детайл, при което не се нарушават размерите на контактните повърхнини.

При конструиране на валове и оси трябва да се вземе под внимание и технологията на обработка (трудоемкостта и трябва да бъде минимално възможната за дадения машинен парк).

Производството на прави валове е значително по-просто от това на стъпални валове.

При наличие на специализирани машини за производство на валове и оси технологичните затруднения са от друго естество, не касаещо въпросите за конструктивното им оформяне. При серийно обработване на оси и валове се практикува създаване на машини, които са пригодени за производството на точно определени типо­размери валове или оси. При производството на единични бройки се използва универсално оборудване и няма особени изисквания по отношение на дължината на шийките. Последното е от съществено значение само при обработване на валовете и осите на многоножови стругови автомати.




Фиг. 4.8. Използване на дистанционен пръстен за осово фиксиране
За намаляване на разхода на материал и снижаване на трудоем­костта на обработка е необходимо разликата между диаметрите на шийките да бъде минимална. Из­ползването на дистанционни пръс­тени за осово фиксиране на монти­раните елементи понякога позво­ля­ва намаляването на раз­ликата на диаметрите на шийките на ва­ло­­вете и осите (фиг. 4.8).

Диаметрите на шийките, върху които се монтират насрещните машинни елементи (със сглобка), трябва да имат стандартни стойности.

Изваждането на призматичната шпонка при ремонт на някой от монтираните върху вала детайли е крайно нежелателно. Това техно­логично изискване налага конструиране на валовете и осите с по-големи разлики в стъпалата, за да не пречат на свободното преми­наване на често снеманите машинни елементи (лагерни капачки и др.) над шпонката.

Сегментните шпонки лесно се монтират (демонтират) във вала, затова използването им понякога позволява намаляване на разли­ката в диаметрите на шийките на валовете.



Не се препоръчва използването на тесни опорни стъпала върху вало­вете и осите. Последните увеличават размерите на валовете и осите и технологичното време за изработ­ва­нето им. При възможност (в зави­си­мост от натоварването) трябва да се из­ползват пружинни пръстени (фиг. 4.9).

По голяма икономия на материал може да се получи при изработване на кухи валове и оси от стоманени тръби или от кухи заготовки, полу­чени чрез центробежно леене.

 

Материали за оси и валове


Фиг. 4.9. Осово фиксиране с пружинен пръстен


Осите и валовете се изработват от стомана или сфероидален чугун. Изборът на материал се прави от якостни, деформационни или експлоатационни изисквания (възможност за термообработка, корозоустойчивост и др.). Обикновено валовете се правят от по-висококачествен материал от осите.

В общото машиностроене, за неотговорни случаи (когато не се изисква термообработка), се използват нисковъглеродни стомани А Ст 3; А Ст 4; А Ст 5; А Ст 6.

За изработване на валове се използват въглеродни стомани марки - 20; 30; 40; 45 и 50, легирани стомани марки - 20Х; 40Х; 18ХГТ; 38ХМЮА; 12ХН3А; ШХ15 и др.

Изборът на материал и химикотермична обработка се определя от конструкцията на валовете и опорите и условията на екс­плоатация. Например бързоходните валове, въртящи се в плъзгащи лагери, изискват висока твърдост на лагерните шийки. Затова таки­ва валове се изработват от стомани, позволяващи цементация (12Х2Н4А, 18ХГТ) или азотиране (38ХМЮА и др.- за предпочитане е йонно азотиране без допълнителна механична обработка). За вал-зъбно колело се използват също стоманите: 40Х; 40ХН; 18ХГТ; 30ХГТ и др., които позволяват йонно азотиране, нискотемпературно карбонитриране и др.




 

 



 

 

 





Употребата на легирани стомани се ограничава от тяхната голяма чувствителност към концентрация на напрежения и ви­соката им цена.

При валове с по сложна форма (колянови валове и др.) се из­пол­зват високоякостни модифицирани чугуни със сфероидална гра­фитна структура. Чугунените валове имат това предимство пред сто­манените, че гасят възбудените във вала трептения.

 

Видове натоварвания върху валовете и осите

Задвижването, конструкцията на машините и условията на експлоатацията създават многообразие от натоварвания, които могат да бъдат групирани в три групи:




  1. Фиг. 4. 10. Стенд за изпитване на кранови спирачки
    1.Неизменящи се във времето по стойност и направление.

  2. 2.Закономерно изменящи се във времето.

  3. 3.Незакономерно изменящи се във времето.

Първият вид натоварване е характерно за машини, работещи в установен режим и при непрекъснат цикъл на работа (центробежни помпи с постоянно съпротивление в мрежата, лентови транспор­тьори с постоянно линейно натоварване, валове на водни и парни турбини при постоянен електрически товар и др.).

Вторият вид натоварване имат машините в процеса на пускане и спиране, породено от инерционните сили и моменти, а в установен режим в зависимост от външното натоварване.

Към третият вид натоварване се отнасят редица машини, натоварванията върху които е обусловено от многообразната и случайна природа на работните съпротивления (транспортни сред­ства, пътностроителни машини и др.). В тези случаи нато­варването се определя на база на изследването на статис­тическото раз­пределение на натоварването върху вала или оста, позволяващо да се определи правилно влиянието на различните усилия върху тях. Определянето на силите от външното натоварване може да стане по теоретичен или експериментален път. За определяне на действи­телното натоварване на валовете и осите често се налага това да става по експериментален път, непосредствено върху машината или на специално създаден за целта стенд. Това може да бъде илюс­трирано с показания на фиг. 4.10 учебно - изследователски стенд за изпитване на кранови спирачки [20].

Стендът се състои от двигател, спирачен барабан и вал, свързващ въртящите се маси (дискове), имитиращи работните натоварвания на механизъма. Въртящият момент, натоварващ вала на усукване, се измерва посредством вграден във вала магнитострикционен измервателен преобразовател на въртящ момент в електрически сигнал. Полученият електри­чес­ки сигнал се записва и обработва от персонален компютър и се разпечатва във вид на графика. По абсцисната ос се отчита продъл­­жи­

 




телността на изследвания преходен процес в , а по ординатата стойностите на измерваните величини.

На фиг. 4.11 са показани експерименталните резултати от из­следването на кранови спирачки, на стенда показан на фиг. 4. 10, за преходните режими - на пускане (фиг. 4.11 а) и спиране (фиг. 4.11 б), посредством спирачен механизъм. От фигурите се виж­да, че вър­тя­щият момент, натоварващ вала на усукване, се променя във времето по стойност и направление[20].




Фиг. 4.11. Изменение на: въртящия момент 1 във входящия редукто­рен вал; натис­ковата сила 2 в лоста на спирачката; температурата 3 на триещите се повърхнини в спирачката и честотата на въртене 4 на вала за преходните режими:

а -пусков режим б - спирачен режим


Стендовите изпитвания трябва да се провеждат при условия еднакви или близки с експлоатационните. Неправилно избраната методика може да доведе до сериозни заблуждения и неправилно оразмеряване на валовете и осите. Резултатите от стендовите из­питвания при научните изследвания служат за потвърждаване на теоретично получените резултати.

 

Междуопорно (междулагерно) разстояние и изчислителни схеми

 

Определянето на силите, натоварващи валовете и осите и реак­циите в опорите и опасните сечения, предполага съставянето на из­чис­лителна схема. Последната трябва да отразява реалните усло­вия на натоварване на валовете и осите.





Точното изчисляване на от­го­ворни валове и оси трябва да се извършва с отчитането на съв­мес­тната ра­бота на двата ла­гера -




Фиг. 4.12.Изчислителни схеми за валове и оси
като мно­го­­опорна греда на елас­ти­чни опо­ри. В редица слу­чаи се налага да се правят опрос­тя­вания, ко­ито се от­разяват върху точ­­­ността на опре­де­лянето на реал­ните нап­ре­жения, но съз­дават опре­де­лено удоб­ство при пред­ва­­ри­тел­ни­те из­­­чис­­ления. Вало­вете и оси­те обик­но­ве­но се раз­глеж­дат при из­чис­ле­нията като гре­­­­­ди, шарнирно за­к­­­­репени на две твър­ди опори. За валове, вър­­тящи се на тър­калящи лагери и разполо­жени по­еди­­нично в лагер­ните гнезда (фиг. 4.12 а), тази схема позволява получа­ването на доста­тъчно точни ре­зултати. Ако в ла­герните опори има по два лагера (фиг. 4.12 б), ос­новните реакции се възприемат от лагерите, разпо­ложени от стра­ната на вала. Това е породено от еластичните деформации на вала или оста под действие на външното натоварване. Поради тази причина външният лагер се натоварва значително по-малко. Ако същият е разположен на известно разстояние от вътрешния лагер, в определени случаи в него може да възникне реакция в обратната по­сока на тази на вътрешния лагер. На практика може да се приеме, че условните шарнирни опори се намират под вътрешните лагери или са на разстояние 1/3 от тях в посока на външния лагер.

При лагеруване на валове и оси в плъзгащи несамонагаждащи се лагери поради еластичното деформиране на вала налягането се разпределя несиметрично (фиг. 4.12 в). В изчислителната схема условната шарнирна опора трябва да се разполага на разстояние (0.25...0.3)l от вътрешното чело на лагера, но не повече от поло­ви­ната диаметър на лагерната шийка.

При лагеруване на валове и оси в радиално-аксиални лагери (фиг. 4.12 д) разстоянието а се определя от каталога, от който се избира лагера.

Силите, натоварващи валовете и осите обикновено са равно­мерно разпределени по дължината на шийката, върху която е монтиран съответният машинен елемент. При изчисленията вън­шният товар се апроксимира в съсредоточени сили (фиг. 4.12 г).

Натоварващите сили, лежащи в различни равнини се разлагат на съставляващи в две взаимно перпендикулярни изчислителни равни­ни. При ъгъл между различните равнини до 300 с достатъчна за практиката точност може да се приеме, че всички сили лежат в една равнина.

 


Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт


Сподели с приятели:
  1   2




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница