Co to jest oś?
Wał to zasadniczo obracająca się część dowolnej maszyny, posiadająca okrągły przekrój poprzeczny, służąca do przenoszenia mocy z jednej części na drugą lub z maszyny wytwarzającej energię do maszyny pochłaniającej moc. Aby przenieść moc, jeden koniec wału jest podłączony do źródła zasilania, a drugi koniec jest podłączony do maszyny. Wały mogą być pełne lub puste, w zależności od potrzeb, przy czym wały drążone pomagają zmniejszyć wagę i zapewniają korzyści.
Ogólny opis osi
Wał jest jednym z bardzo ważnych elementów stosowanych w maszynach. Służą do podtrzymywania części obrotowych, takich jak koła pasowe i koła zębate. Wsparte są one łożyskami umieszczonymi w sztywnej obudowie maszyny. Koła zębate i koła pasowe umieszczone na wałach pomagają w przenoszeniu ruchu.
Wiele innych elementów obrotowych jest osadzonych na wale. Wały poddawane są momentom zginającym i skręcającym w wyniku sił reakcji podpartych na nich elementów oraz momentu obrotowego generowanego przez przenoszenie mocy.
Wał ma zawsze przekrój kołowy i może być pusty lub pełny. Wały można sklasyfikować jako wały korbowe, wały liniowe, wały przegubowe lub wały elastyczne, ale do przenoszenia mocy zwykle stosuje się wały liniowe.
Wały są zwykle projektowane jako strome pręty cylindryczne, dzięki czemu mają różne średnice na całej długości, chociaż łatwo jest wyprodukować wały o stałej średnicy.
Wielkość naprężenia w wale stopniowanym zmienia się wraz z jego długością. Wały o jednakowej średnicy nie nadają się do demontażu, montażu, konserwacji, a wały te powodują komplikacje przy mocowaniu zamontowanych na nich części, zwłaszcza łożysk.
2
Typ wału
01
wał transmisyjny
Wały te są wałami schodkowymi używanymi do przenoszenia mocy między jednym źródłem a inną maszyną, która pochłania moc. Montowany na stopniowanej części koła zębatego wału, piasty lub koła pasowego w celu przenoszenia ruchu.
Przykłady: Wały górne, szpule, wały pośrednie i wszystkie wały fabryczne.
zdjęcie
02
Oś mechaniczna
Osie te znajdują się wewnątrz zespołu i stanowią integralną część maszyny.
Przykład: Wał korbowy w silniku samochodowym jest wałem maszyny.
zdjęcie
03
wał osi
Wały te podtrzymują elementy obrotowe, takie jak koła, które mogą być montowane w obudowach z łożyskami, ale wały są elementami nieobrotowymi. Stosowane są głównie w pojazdach.
Przykład: osie w samochodach.
zdjęcie
04
Wrzeciono
Są to obrotowe części maszyny, w których znajdują się narzędzia lub przestrzeń robocza. Są to krótkie wały stosowane w maszynach.
Przykład: Wrzeciono w tokarce.
zdjęcie
3
Materiał wału
Zazwyczaj materiałem używanym na wały jest stal miękka. Jeśli wymagana jest wysoka wytrzymałość, stosuje się stale stopowe, takie jak stal niklowo-chromowa, niklowa i chromowo-wanadowa. Powstają poprzez walcowanie na gorąco oraz ciągnienie na zimno i szlifowanie. Materiały zwykle stosowane w wałach konwencjonalnych to stal węglowa klasy 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Materiał użyty na wał powinien mieć następujące właściwości:
Materiały powinny mieć wysoką wytrzymałość;
Materiały powinny mieć wysoką odporność na zużycie;
Materiały powinny mieć właściwości obróbki cieplnej;
Materiały powinny mieć dobre właściwości mechaniczne;
Materiał musi mieć niską wrażliwość na karb.
4
Standardowy rozmiar wału
Oś mechaniczna
Do 25 mm w krokach co 0,5 mm.
wał transmisyjny
Standardowy rozmiar wału - długość stopnia;
Długość kroku od 25 mm do 60 mm-5 mm;
Długość kroku od 60 mm do 100 mm-10 mm;
Długość kroku od 110 mm do 140 mm-15 mm;
Kroki co 140 mm do 500 mm - 20 mm.
Osie maszyn dostępne są w standardowych rozmiarach do 25 mm w odstępach co 5 mm. W przypadku wałów standardowe długości wynoszą 5 m, 6 m i 7 m, ale zazwyczaj wynoszą od 1 m do 2 m.
5
naprężenie w wale
Naprężenie wywołane w wale wynosi:
Naprężenie ścinające spowodowane przenoszeniem momentu obrotowego (moment obrotowy spowodowany obciążeniem skrętnym);
Naprężenia zginające, które mają charakter ściskający lub rozciągający, spowodowane siłami działającymi na elementy mechaniczne, takie jak koła pasowe i przekładnie, oraz ciężarem własnym wału;
Połączone naprężenia spowodowane obciążeniami zginającymi i skręcającymi.
Maksymalne dopuszczalne naprężenie ścinające naprężenia obliczeniowego wynosi:
1. Wał ma wytrzymałość 56000 kN/m2 i jest miejsce na wpust.
2. Wał ma wytrzymałość 42000 kN/m2 bez naddatku na wpust.
Maksymalne dopuszczalne naprężenie zginające wynosi:
1. Wał ma wytrzymałość 112000 kN/m2 i jest miejsce na wpust.
2. Wał ma wytrzymałość 84000 kN/m2 bez naddatku na wpust.
6
Produkcja wałów
Wał wytwarzany jest w procesie walcowania na gorąco. Wytrzymałość wału jest wyższa w przypadku walcowania na zimno w porównaniu z walcowaniem na gorąco, ale walcowanie na zimno powoduje wysokie naprężenia własne, które powodują odkształcenie wału podczas obróbki. Proces kucia służy do tworzenia wałów o większej średnicy.
Po zakończeniu walcowania koniec wału jest poddawany obróbce, jeden koniec wału jest montowany na maszynie kontrolnej, a drugi koniec wału jest podtrzymywany przez głowicę tokarki. Aby wykończyć wał, narzędzie jest utrzymywane w miejscu przez uchwyt narzędzia, a po włączeniu zasilania uchwyt zaczyna obracać wał.
Czujniki zegarowe służą do sprawdzania koncentryczności wału przed obróbką i wykonywania różnych operacji, takich jak toczenie, planowanie, rowkowanie i toczenie stożkowe, w zależności od przeznaczenia. Do procesów obróbki końcowej najlepiej nadają się zastosowania wielkoseryjne, CNC i inne. Można go również obrabiać na maszynie dwustronnej CNC z osią zaciśniętą pomiędzy obrotem narzędzia a uchwytem.
Aby uzyskać koncentryczność i okrągłość, narzędzia obrotowe powinny znajdować się naprzeciwko siebie na liniach środkowych. Wały napędowe i silniki są często produkowane przy użyciu tego procesu.
7
Wał napędowy
Wiemy, że do przenoszenia mocy służy wał, dlatego wzór na obliczenie przeniesienia mocy to: P=2πnT/60. Wśród nich P to przesyłana moc (W); n to obroty na minutę (rpm); T jest momentem obrotowym w N·m.
Prędkość osi dla różnych zastosowań:
1. Maszyny: 100 ~ 200;
2. Maszyny do obróbki drewna: 250 ~ 700;
3. Przemysł tekstylny: 300 ~ 800;
4. Warsztat maszyn lekkich: 150 ~ 300;
5. Wał pomocniczy: 200 ~ 600.
8
Konstrukcja wału
Wały można projektować za pomocą dwóch różnych procesów w oparciu o różne obciążenia:
1. Konstrukcja wałów oparta na wytrzymałości Wały napędowe są zwykle podatne na momenty zginające, momenty obrotowe, naciągnięcia osiowe i ich kombinacje. Zazwyczaj łożyska są obciążone kombinacją naprężeń skrętnych i zginających.
Naprężenie rozciągające łożyska:
Naprężenie rozciągające=P/A
Wśród nich A=(π/4)xD2, D to średnica wału w mm.
Moment zginający łożyska:
Naprężenie zginające=(MbxY)/I
Wśród nich moment zginający Mb=; Y=D/2, gdzie D to średnica; I=moment bezwładności=(πxD4)/64
Moment obrotowy łożyska:
Naprężenie skrętne=MtxR/J
Wśród nich moment skręcający Mt=; R=D/2, gdzie D to średnica; J=biegunowy moment bezwładności=(πxD4)/32
2. Konstrukcja wału oparta na sztywności
Mówi się, że wał napędowy jest sztywny na podstawie sztywności skrętnej, jeśli wał nie skręca się zbyt mocno.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Wśród nich Mt=moment obrotowy mm w N; J=biegunowy moment bezwładności=(πxD4)/32; D=średnica wału (mm); θ=kąt skręcenia; G=moduł sztywności N/mm2.
9
Zalety i wady wałów
Zalety wału
Jest mniej prawdopodobne, że utkną;
Wymagają mniej konserwacji niż systemy łańcuchowe;
Mają wysoką wytrzymałość na skręcanie;
Mają wysokie wartości biegunowego momentu bezwładności;
Są bardzo mocne i mało prawdopodobne, że zawiodą;
Wewnętrzny kształt wałów drążonych jest pusty, dlatego wymagają one mniej materiału;
Przy tej samej wartości przenoszenia momentu obrotowego wał drążony jest lżejszy niż wał pełny;
Mają bardzo duży promień bezwładności.
Wady wału
Mają utratę mocy z powodu luźnego sprzęgła;
Wibrują podczas obracania się;
Wytwarzają ciągły hałas;
Wyższe koszty produkcji i konserwacji;
Trudne w produkcji;
Zmiana prędkości osi nie jest łatwa;
Długie przestoje spowodowane problemami mechanicznymi;
Krople oleju na wałach napowietrznych;
Stosowanie sprzęgieł elastomerowych (takich jak sprzęgła z resorami piórowymi) może powodować straty prędkości pomiędzy wałami;
Jeśli wał ulegnie awarii, naprawa zajmie dużo czasu.
