Валы представляют собой один из важнейших конструктивных элементов механических систем, используемых для передачи крутящего момента. В зависимости от конструкции, назначения и условий эксплуатации выделяют несколько видов. Рассмотрим подробнее каждый из них, разберем их особенности и отличия.
Гладкие прецизионные валы
Свое применение гладкие прецизионные валы нашли в точных механизмах, где требуется минимальный допуск на отклонение размеров и формы. Они используются в таких узлах, как двигатель с электрическим приводом, зубчатый редуктор и распределительный механизм. Основное преимущество данного вида заключается в высокой точности и малом коэффициенте трения.
Ключевые характеристики гладких прецизионных валов:
- высокая точность размеров и поверхности;
- малые допуски на отклонение формы;
- возможность нанесения защитного покрытия для предупреждения коррозии.
Сечение чаще всего колеблется от 10 до 1000 мм, но допустимо изготовление и других размеров в индивидуальном порядке.
Прижимные валы
Главное отличие прижимных валов в том, что они выполняют функцию прижима и транспортировки материалов в технологических процессах. Они широко применяются в бумажных и текстильных машинах. Их конструкция предусматривает наличие специального покрытия, улучшающего сцепление с обрабатываемыми материалами.
Один из главных моментов при выборе изделия — материал и твердость рабочей поверхности. Они могут иметь зубчатый профиль или гладкое сечение в зависимости от выполняемой функции.
Важные характеристики и преимущества:
- имеют специальное покрытие для повышения сцепления;
- обеспечивают равномерное распределение усилия;
- могут иметь отверстие для крепления или подачи воздуха.
Сечение оси обычно колеблется от 10 до 2000 мм в зависимости от поставленных задач.
Ступенчатые валы
Широко используются ступенчатые валы в системах, где необходимо изменять передаточное число, например в зубчатых редукторах и распределительных механизмах. Их особенность — в изменяющемся по длине сечении, что позволяет соединять различные механизмы без использования дополнительных переходных муфт.
Преимуществами ступенчатых валов являются возможность одновременной установки нескольких механизмов, обеспечение точной посадки на оси, повышенная жесткость и устойчивость к разрушению, а также прочное соединение с шестернями, муфтами и подшипниками. Посадочная поверхность может быть под шпонку, резьбу или другой тип. Если для изготовления применяются малоуглеродистые стали, сверху изделия цементируются для получения необходимой твердости.
Валы, имеющие конические выходные концы
Конические выходные концы предназначены для более надежного соединения с муфтами или зубчатыми колесами. Данная конструкция обеспечивает прочное крепление без дополнительного шпонкового соединения и отверстий. Коническое сечение облегчает монтаж и демонтаж деталей, что является важной частью технологического процесса.
Их применение характерно для приводных систем, редукторов и электродвигателей, где важно обеспечить минимальные люфты и высокую точность соединения. При этом они позволяют избежать осевого смещения при высоких нагрузках и значительно упрощают соединение с другими частями механизма.
Используемые при производстве валов заготовки
При производстве используются различные типы заготовок. Выбор зависит от условий эксплуатации, требований к прочности и прочих нюансов.
Наиболее распространенные варианты:
- Поковки — применяются для валов, работающих при высоких нагрузках (коленчатый, зубчатый).
- Прокат — используется для стандартных промышленных изделий с цилиндрическим сечением.
- Литье — применяется при изготовлении деталей сложной формы с высокими требованиями к размерной точности.
Если отливки будут подвергаться большим динамическим и циклическим нагрузкам, производится высокоточный расчет прочности.
Используемые для производства валов марки сталей
Валы должны изготавливаться из прочных и легко обрабатываемых металлов с высоким модулем упругости, чтобы обеспечивать надежную работу механизмов. В качестве материалов для производства чаще всего используются углеродистые стали, такие как сталь 25, 35, 40 и 45, а также легированные сплавы, включая 35Х, 40Х, 40ХН, 40ХНМ и другие марки.
Если поперечное сечение определяется на основе жесткости, то для их изготовления применяются углеродистые и конструкционные стали без термообработки. В случаях, когда механизмы должны иметь более высокую прочность, предпочтение отдается среднеуглеродистым и легированным сталям. Они дополнительно подвергаются термообработке, включая закалку с высоким отпуском.
Для сильно нагруженных валов используются легированные стали, которые также подвергаются различным видам термической обработки, таким как закалка с высоким отпуском и поверхностная закалка при нагреве в ТВЧ с низким отпуском.
Для быстроходных валов, опорами которых являются подшипники скольжения, применяют цементируемые сплавы, такие как 20ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, а также азотируемые стали, например 18Х2Н4ВА, 38Х2ЮА и 38Х2МЮА. Эти материалы обеспечивают необходимую износостойкость и долговечность в условиях высоких нагрузок.
