waly.pdf

Osie i wały

Janusz Skrzypacz

Pojęcie osi i wału

Osią lub wałem nazywa się element maszyny podparty w łożyskach

i podtrzymujący osadzone na nim części maszyn. Na wale mogą być osadzone

różne elementy wykonujące ruchy obrotowe (np. koła zębate, piasty, tarcze

hamulcowe itp.) lub ruchy wahadłowe (np. koło zębate współpracujące z zębatką).

Różnica pomiędzy osią a wałem:

Oś – element obciążony jedynie momentem gnącym

Wał – element, którego głównym zadaniem jest

przenoszenie momentu obrotowego

Typy osi i wałów

Gładkie

Stopniowane

Korbowe

Rozrządu

Osie

Stałe – kierunek działania obciążenia jest stały względem osi

Ruchome – obciążenie zmienia kierunek działania

Schematy: a, b) wału, c) osi nieruchomej, d) osi ruchomej

Przykłady wałów

Głównym zadaniem wału jest przenoszenie momentu obrotowego, zatem wał

wykonuje zawsze ruch obrotowy. W związku z tym wał jest narażony jednocześnie

na skręcanie oraz - pod wpływem sił poprzecznych - na zginanie. W niektórych

przypadkach wał może być narażony tylko na skręcanie (np. samochodowy wał

napędowy w sprzęgle Cardana).

Przykłady wałów c.d.

Przykłady wałów c.d.

Wał wykonany z kompozytów

Charakterystyczne powierzchnie

wału

Czopami nazywa się odcinki osi lub wału, których powierzchnie stykają się ze

współpracującymi elementami: łożyskami, kołami zębatymi itd. Rozróżnia się czopy ruchowe

i czopy spoczynkowe. Czopy ruchowe współpracują z panewkami łożysk ślizgowych, z

kołami przesuwnymi lub obracającymi się względem nieruchomej osi itp., natomiast czopy

spoczynkowe współpracują z elementami osadzonymi na stałe względem wału i

obracającymi się wraz z nim.

Czopy - wymiary

Materiały stosowane na osie i wały

Osie i wały wykonuje się najczęściej ze stali:

• konstrukcyjnej w

konstrukcyjnej wę glowej

glowej zwyk

zwyk ł ł ej jako

ej jakoś ci

ci (najczęściej E295, E360), gdy elementy są

mało obciążone w maszynach mniej ważnych, stosowane bez obróbki cieplnej i gdy

bardziej wymagana jest sztywność elementu niż jego wytrzymałość;

• konstrukcyjnej w

konstrukcyjnej wę glowej wy

glowej wyż szej jako

szej jakoś ci

ci (najczęściej C25, C35 i C45). Stale C25 i

C35 stosuje się w stanie normalizowanym i ulepszonym lub hartowanym powierzchniowo

(45), stosowane gdy wyższe obciążenia i temperatura;

• konstrukcyjnej stopowej do ulepszania cieplnego

konstrukcyjnej stopowej do ulepszania cieplnego , najczęściej chromoniklowej, gdy

wymagana jest mała średnica wału (w tym przypadku zalecane jest ulepszanie cieplne)

oraz gdy na wale są odkute elementy pracujące jak koła zębate lub połówki sprzęgła,

wymagające powierzchni odpornych na ścieranie – duże obciążenia zmienne i udarowe;

• konstrukcyjnej stopowej do naw

konstrukcyjnej stopowej do nawę glania lub azotowania

glania lub azotowania - jak w powyższym punkcie,

ale gdy bardziej zależy nam na twardości powierzchni niż na wytrzymałości rdzenia

elementu (zawsze nawęglone lub azotowane oraz zawsze hartowane przynajmniej na

niektórych powierzchniach) – bardzo duże obciążenia zmienne, udarowe oraz wysokie

obroty np wałki wirówek, wałki rozrządu;

• konstrukcyjnej stopowej o szczeg

konstrukcyjnej stopowej o szczegó lnych w

lnych w ł ł asno

asnoś ciach

ciach , gdy wymagane są

szczególne cechy, jak żaroodporność, nierdzewność, kwasoodporność itp.

W wyjątkowych przypadkach wykonuje się wały odlewane, staliwne lub żeliwne (głównie do

wykonania wałów wykorbionych). Najczęściej stosuje się żeliwo modyfikowane lub sferoidalne.

Projektowanie osi i wałów - dane

• Schematy dotyczące wymiarów wałka,

wymiary elementów osadzonych na wale

oraz ich rozmieszczenie

• Dane dotyczące obciążenia wału ilościowe

(siły, momenty, prędkości obrotowe,

zmienność wartości) jak i jakościowe

(kierunki działania sił, ich zwroty)

• Dane dotyczące oceny sztywności wałka

(dopuszczalne ugięcie, typy łożysk, itp.)

Etapy projektowania

• Etap I – Projektowanie wstępne

– Obliczenia reakcji i momentów

– Wyznaczenie średnic (zarys teoretyczny)

• Etap II – Obliczenia sprawdzające

– Obliczenia sztywności (strzałka ugięcia, kąt ugięcia, kąt skręcenia)

– Obliczenia dynamiczne (prędkość krytyczna)

– Obliczenia zmęczeniowe

• Etap III – Ostateczne ukształtowanie wału

Etap I

Wały mogą być zginane, skręcane oraz rozciągane (ściskane), zatem

niezbędne jest zastosowanie odpowiedniej teorii wytężeniowej - Hubera

Gdy naprężenia

normalne sądominujące

Gdy naprężenia styczne

sądominujące

Etap I c.d.

Rozpoczynając obliczenia nie znamy naprężeń, natomiast obciążenia są

znane.













(

)

(

)

Dla przekroju kołowego, typowego dla osi i wałów, wskaźniki przekrojów można

policzyć:



W x







Etap I c.d.

ZATEM

W przypadku przewagi naprężeń normalnych (M s < 2M g )

W przypadku przewagi naprężeń stycznych (M s > 2M g )



Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: