Валыявляются важнейшими компонентами механических систем, служащими основой, поддерживающей все элементы трансмиссии, передавая крутящий момент и изгибающие моменты подшипников. При проектировании вала необходимо не только учитывать его индивидуальные характеристики, но и учитывать его интеграцию с общей конструкцией системы вала. В зависимости от типа нагрузки, испытываемой во время движения и передачи мощности, валы можно разделить на шпиндели, приводные валы и вращающиеся валы. В зависимости от формы оси их также можно разделить на прямые валы, эксцентриковые валы, коленчатые валы и гибкие валы.
Шпиндели
1. Фиксированный шпиндель
Этот тип шпинделя воспринимает только изгибающие моменты, оставаясь неподвижным. Его простая конструкция и хорошая жесткость делают его идеальным для таких применений, как велосипедные оси.
2. Вращающийся шпиндель
В отличие от фиксированных шпинделей, вращающиеся шпиндели также испытывают изгибающие моменты во время движения. Они обычно встречаются в осях колес поездов.
Приводной вал
Приводные валы предназначены для передачи крутящего момента и обычно длиннее из-за высоких скоростей вращения. Чтобы предотвратить сильные вибрации, вызванные центробежными силами, масса приводного вала равномерно распределена по его окружности. В современных приводных валах часто используются полые конструкции, которые обеспечивают более высокие критические скорости по сравнению со сплошными валами, что делает их более безопасными и экономичными. Например, приводные валы автомобилей обычно изготавливаются из стальных листов одинаковой толщины, а в автомобилях большой грузоподъемности часто используются бесшовные стальные трубы.
Вращающийся вал
Вращающиеся валы уникальны тем, что выдерживают как изгибающие, так и крутящие моменты, что делает их одними из наиболее распространенных компонентов механического оборудования.
Прямой вал
Прямые валы имеют линейную ось и могут быть разделены на оптические и ступенчатые валы. Прочные стержни обычно загрязнены, но их можно сделать полыми, чтобы уменьшить вес, сохраняя при этом жесткость и устойчивость к кручению.
1. Оптический вал
Эти валы, простые по форме и легкие в изготовлении, в основном используются для трансмиссии.
2. Ступенчатый вал
Вал со ступенчатым продольным сечением называется ступенчатым валом. Такая конструкция облегчает установку и расположение компонентов, что приводит к более эффективному распределению нагрузки. Хотя его форма напоминает балку одинаковой прочности, он имеет несколько точек концентрации напряжений. Благодаря этим характеристикам ступенчатые валы широко используются в различных трансмиссиях.
3. Распределительный вал
Распределительный вал является важнейшим компонентом поршневых двигателей. В четырехтактных двигателях распределительный вал обычно работает на половине скорости коленчатого вала, но при этом сохраняет высокую скорость вращения и должен выдерживать значительный крутящий момент. В результате конструкция распределительного вала предъявляет строгие требования к его прочности и опорным возможностям.
Распределительные валы обычно изготавливаются из специального чугуна, хотя некоторые из них изготавливаются из кованых материалов для повышения долговечности. Конструкция распределительного вала играет жизненно важную роль в общей архитектуре двигателя.
4.Шлицевой вал
Шлицевые валы названы в честь своего отличительного внешнего вида, имеющего продольную шпоночную канавку на поверхности. Эти шпоночные пазы позволяют вращающимся компонентам, установленным на валу, поддерживать синхронное вращение. В дополнение к этой вращательной способности шлицевые валы также обеспечивают осевое перемещение, причем некоторые конструкции включают надежные механизмы блокировки для применения в системах торможения и рулевого управления.
Другой вариант — телескопический вал, состоящий из внутренней и внешней трубок. Внешняя трубка имеет внутренние зубцы, а внутренняя трубка — внешние зубья, что позволяет им легко соединяться друг с другом. Такая конструкция не только передает крутящий момент, но также обеспечивает возможность растяжения и сжатия по длине, что делает ее идеальной для использования в механизмах переключения передач трансмиссии.
5. Вал шестерни
Когда расстояние от окружности зубчатого колеса шестерни до нижней части шпоночной канавки минимально, шестерня и вал объединены в единый блок, известный как вал шестерни. Этот механический компонент поддерживает вращающиеся детали и работает вместе с ними, передавая движение, крутящий или изгибающий моменты.
6. Червячный вал
Червячный вал обычно конструируется как единый блок, объединяющий червяк и вал.
7. Полый вал
Вал с полым центром называется полым валом. При передаче крутящего момента внешний слой полого вала испытывает наибольшее напряжение сдвига, что позволяет более эффективно использовать материалы. В условиях, когда изгибающий момент полых и сплошных валов равен, полые валы значительно уменьшают вес без ущерба для производительности.
Коленчатый вал
Коленчатый вал является важнейшим компонентом двигателя и обычно изготавливается из углеродистой конструкционной стали или ковкого чугуна. Он состоит из двух основных секций: основной шейки и шатунной шейки. Основная шейка установлена на блоке двигателя, а шатунная шейка соединяется с большим концом шатуна. Маленький конец шатуна соединен с поршнем в цилиндре, образуя классический кривошипно-ползунковый механизм.
Эксцентриковый вал
Эксцентриковый вал определяется как вал с осью, не совмещенной с его центром. В отличие от обычных валов, которые в первую очередь облегчают вращение компонентов, эксцентриковые валы способны передавать как угловое, так и вращение. Для регулировки межосевого расстояния между валами в механизмах плоского сцепления, таких как системы клиноременной передачи, обычно используются эксцентриковые валы.
Гибкий вал
Гибкие валы в первую очередь предназначены для передачи крутящего момента и движения. Благодаря значительно меньшей жесткости на изгиб по сравнению с жесткостью на кручение, гибкие валы могут легко преодолевать различные препятствия, обеспечивая передачу на большие расстояния между основной мощностью и рабочей машиной.
Эти валы облегчают передачу движения между двумя осями, имеющими относительное перемещение, без необходимости использования дополнительных промежуточных передаточных устройств, что делает их идеальными для работы на больших расстояниях. Их простая конструкция и низкая стоимость способствуют их популярности в различных механических системах. Кроме того, гибкие валы помогают поглощать удары и вибрации, повышая общую производительность.
Общие области применения включают ручные электроинструменты, некоторые системы передачи в станках, одометры и устройства дистанционного управления.
1. Гибкий вал силового типа
Гибкие валы силового типа имеют фиксированное соединение на мягком конце вала, оснащенное скользящей втулкой внутри шлангового соединения. Эти валы в первую очередь предназначены для передачи крутящего момента. Основным требованием к гибким валам силового типа является достаточная жесткость на кручение. Обычно эти валы включают в себя противореверсивные механизмы, обеспечивающие однонаправленную передачу. Внешний слой состоит из стальной проволоки большего диаметра, а некоторые конструкции не включают в себя стержень, что повышает износостойкость и гибкость.
2. Гибкий вал управляющего типа
Гибкие валы регулирующего типа предназначены в первую очередь для передачи движения. Переданный ими крутящий момент в основном используется для преодоления момента трения, возникающего между гибким валом проволоки и шлангом. Помимо низкой жесткости на изгиб, эти валы также должны обладать достаточной жесткостью на кручение. По сравнению с гибкими валами силового типа гибкие валы управляющего типа характеризуются конструктивными особенностями, к которым относятся наличие стержня с сердечником, большее количество слоев намотки, меньшие диаметры проволоки.
Структура гибкого вала
Гибкие валы обычно состоят из нескольких компонентов: гибкого вала из проволоки, соединения гибкого вала, шланга и соединения шланга.
1. Гибкий вал провода
Гибкий вал из проволоки, также известный как гибкий вал, состоит из нескольких слоев стальной проволоки, намотанных вместе, образующих круглое поперечное сечение. Каждый слой состоит из нескольких жил, намотанных одновременно, что придает ему структуру, подобную многожильной пружине. Самый внутренний слой проволоки намотан вокруг стержня с сердечником, а соседние слои намотаны в противоположных направлениях. Такая конструкция обычно используется в сельскохозяйственной технике.
2. Гибкое соединение вала
Гибкое соединение вала предназначено для соединения выходного силового вала с рабочими органами. Существует два типа соединения: фиксированное и скользящее. Фиксированный тип обычно используется для более коротких гибких валов или в тех случаях, когда радиус изгиба остается относительно постоянным. Напротив, скользящий тип используется, когда радиус изгиба значительно изменяется во время работы, что обеспечивает большее перемещение внутри шланга для компенсации изменений длины при изгибе шланга.
3. Шланг и шланговое соединение
Шланг, также называемый защитной оболочкой, служит для защиты гибкого стержня проволоки от контакта с внешними компонентами, обеспечивая безопасность оператора. Кроме того, он может хранить смазочные материалы и предотвращать попадание грязи. Во время работы шланг обеспечивает поддержку, облегчая обращение с гибким валом. Примечательно, что шланг не вращается вместе с гибким валом во время передачи, что обеспечивает плавность и эффективность работы.
Понимание различных типов и функций валов имеет решающее значение для инженеров и проектировщиков, чтобы обеспечить оптимальную производительность и надежность механических систем. Выбирая подходящий тип вала для конкретных применений, можно повысить эффективность и долговечность оборудования. Чтобы получить больше информации о механических компонентах и их применении, следите за нашими последними обновлениями!
Время публикации: 15 октября 2024 г.
