Валиє критично важливими компонентами механічних систем, що слугують основою, що підтримує всі елементи передачі, передаючи крутний момент і згинальні моменти підшипників. Конструкція вала повинна зосереджуватися не лише на його індивідуальних характеристиках, але й враховувати його інтеграцію із загальною структурою валової системи. Залежно від типу навантаження, що виникає під час руху та передачі потужності, вали можна класифікувати на шпиндельні, карданні вали та обертові вали. Їх також можна класифікувати за формою осі на прямі вали, ексцентрикові вали, колінчасті вали та гнучкі вали.
Шпинделі
1. Фіксований шпиндель
Цей тип шпинделя сприймає лише згинальні моменти, залишаючись нерухомим. Його проста конструкція та хороша жорсткість роблять його ідеальним для таких застосувань, як осі велосипедів.
2. Обертовий шпиндель
На відміну від нерухомих шпинделів, обертові шпинделі також несуть згинальні моменти під час руху. Вони зазвичай зустрічаються в осях коліс поїздів.
Привідний вал
Карданні вали призначені для передачі крутного моменту та зазвичай мають більшу довжину через високі швидкості обертання. Щоб запобігти сильним вібраціям, спричиненим відцентровими силами, маса карданного вала рівномірно розподіляється по його колу. Сучасні карданні вали часто використовують порожнисті конструкції, які забезпечують вищі критичні швидкості порівняно з суцільними валами, що робить їх безпечнішими та більш матеріалоефективними. Наприклад, автомобільні карданні вали зазвичай виготовляються з рівномірно товстих сталевих листів, тоді як важкі транспортні засоби часто використовують безшовні сталеві труби.
Обертовий вал
Обертові вали унікальні тим, що вони витримують як згинальні, так і крутні моменти, що робить їх одним з найпоширеніших компонентів механічного обладнання.
Прямий вал
Прямі вали мають лінійну вісь і їх можна розділити на оптичні та ступінчасті. Прямі вали зазвичай є твердими, але можуть бути спроектовані з порожнистою формою для зменшення ваги, зберігаючи при цьому жорсткість та крутильну стійкість.
1. Оптичний вал
Прості за формою та легкі у виготовленні, ці вали в основному використовуються для передачі.
2. Ступінчастий вал
Вал зі ступінчастим поздовжнім поперечним перерізом називається ступінчастим валом. Така конструкція полегшує встановлення та розташування компонентів, що призводить до ефективнішого розподілу навантаження. Хоча його форма нагадує балку з рівномірною міцністю, він має кілька точок концентрації напружень. Завдяки цим характеристикам ступінчасті вали широко використовуються в різних трансмісійних системах.
3. Розподільний вал
Розподільний вал є критично важливим компонентом поршневих двигунів. У чотиритактних двигунах розподільний вал зазвичай працює зі швидкістю, що вдвічі меншою за швидкість колінчастого вала, проте він все ще підтримує високу швидкість обертання та повинен витримувати значний крутний момент. Як результат, конструкція розподільного вала ставить суворі вимоги до його міцності та опорних здатностей.
Розподільні вали зазвичай виготовляються зі спеціального чавуну, хоча деякі з них виготовляються з кованих матеріалів для підвищеної міцності. Конструкція розподільного вала відіграє життєво важливу роль у загальній архітектурі двигуна.
4. Шлицевий вал
Шлицьові вали отримали свою назву завдяки своєму характерному зовнішньому вигляду, який полягає у наявності поздовжньої шпонкової канавки на їхній поверхні. Ці шпонкові канавки дозволяють обертовим компонентам, встановленим на валу, підтримувати синхронізоване обертання. Окрім цієї обертальної здатності, шлицьові вали також забезпечують осьовий рух, а деякі конструкції включають надійні механізми блокування для застосування в гальмівних та рульових системах.
Іншим варіантом є телескопічний вал, який складається з внутрішньої та зовнішньої трубок. Зовнішня трубка має внутрішні зубці, а внутрішня — зовнішні, що дозволяє їм безперешкодно з'єднуватися. Така конструкція не тільки передає обертальний момент, але й забезпечує можливість розтягування та звуження, що робить її ідеальною для використання в механізмах перемикання передач трансмісії.
5. Вал шестерні
Коли відстань від окружності зубчастого колеса до нижньої частини шпонкової канавки мінімальна, шестерня та вал об'єднані в єдиний блок, відомий як вал шестерні. Цей механічний компонент підтримує обертові деталі та працює разом з ними для передачі руху, крутного моменту або згинальних моментів.
6. Черв'ячний вал
Черв'ячний вал зазвичай конструюється як єдиний блок, який об'єднує як черв'як, так і вал.
7. Порожнистий вал
Вал, сконструйований з порожнистим центром, називається порожнистим валом. Під час передачі крутного моменту зовнішній шар порожнистого вала відчуває найбільше напруження зсуву, що дозволяє ефективніше використовувати матеріали. За умов, коли згинальний момент порожнистих і суцільних валів однаковий, порожнисті вали значно зменшують вагу без шкоди для продуктивності.
Колінчастий вал
Колінчастий вал є критично важливим компонентом двигуна, зазвичай виготовленим з вуглецевої конструкційної сталі або ковкого чавуну. Він має дві ключові частини: корінну шийку та шатунну шийку. Корінна шийка встановлена на блоці двигуна, а шатунна шийка з'єднана з великим кінцем шатуна. Менший кінець шатуна з'єднаний з поршнем у циліндрі, утворюючи класичний кривошипно-ковзний механізм.
Ексцентричний вал
Ексцентриковий вал визначається як вал з віссю, яка не вирівняна з його центром. На відміну від звичайних валів, які в основному забезпечують обертання компонентів, ексцентрикові вали здатні передавати як обертальний момент, так і обертання. Для регулювання міжосьової відстані між валами ексцентрикові вали зазвичай використовуються в плоских механізмах з'єднання, таких як системи клинопасового приводу.
Гнучкий вал
Гнучкі вали призначені в першу чергу для передачі крутного моменту та руху. Завдяки значно меншій жорсткості на вигин порівняно з жорсткістю на кручення, гнучкі вали можуть легко обходити різні перешкоди, забезпечуючи передачу потужності на великі відстані між основною потужністю та робочою машиною.
Ці вали сприяють передачі руху між двома осями, які рухаються відносно одна одної, без необхідності додаткових проміжних передавальних пристроїв, що робить їх ідеальними для застосувань на великих відстанях. Їхня проста конструкція та низька вартість сприяють їхній популярності в різних механічних системах. Крім того, гнучкі вали допомагають поглинати удари та вібрації, підвищуючи загальну продуктивність.
Звичайні застосування включають ручні електроінструменти, певні системи передачі у верстатах, одометри та пристрої дистанційного керування.
1. Гнучкий вал силового типу
Гнучкі вали силового типу мають нерухоме з'єднання на кінці м'якого шарніра вала, оснащене ковзною втулкою всередині шлангового з'єднання. Ці вали в першу чергу призначені для передачі крутного моменту. Фундаментальною вимогою до гнучких валів силового типу є достатня жорсткість на кручення. Як правило, ці вали оснащені механізмами запобігання зворотному ходу для забезпечення односпрямованої передачі. Зовнішній шар виготовлений зі сталевого дроту більшого діаметра, а деякі конструкції не містять серцевини, що підвищує як зносостійкість, так і гнучкість.
2. Гнучкий вал керованого типу
Гнучкі вали керованого типу призначені в першу чергу для передачі руху. Крутний момент, який вони передають, використовується в основному для подолання моменту тертя, що виникає між дротяним гнучким валом та шлангом. Окрім низької жорсткості на вигин, ці вали також повинні мати достатню жорсткість на кручення. Порівняно з силовими гнучкими валами, гнучкі вали керованого типу характеризуються своїми конструктивними особливостями, які включають наявність сердечника, більшу кількість шарів обмотки та менший діаметр дроту.
Структура гнучкого валу
Гнучкі вали зазвичай складаються з кількох компонентів: дротяного гнучкого вала, з'єднання гнучкого вала, шланга та з'єднання шланга.
1. Гнучкий вал з дроту
Гнучкий вал з дроту, також відомий як гнучкий вал, виготовлений з кількох шарів сталевого дроту, намотаних разом, утворюючи круглий поперечний переріз. Кожен шар складається з кількох пасм дроту, намотаних одночасно, що надає йому структури, подібної до багатожильної пружини. Внутрішній шар дроту намотується навколо стрижня-осердя, а сусідні шари намотуються в протилежних напрямках. Така конструкція зазвичай використовується в сільськогосподарській техніці.
2. Гнучкий шарнір вала
З'єднання гнучкого вала призначене для з'єднання вихідного вала з робочими компонентами. Існує два типи з'єднання: нерухоме та ковзне. Фіксований тип зазвичай використовується для коротших гнучких валів або в тих випадках, коли радіус вигину залишається відносно постійним. Навпаки, ковзний тип використовується, коли радіус вигину значно змінюється під час роботи, що дозволяє більший рух у шлангу для врахування змін довжини під час згинання шланга.
3. Шланг та з'єднання шланга
Шланг, який також називають захисною оболонкою, служить для захисту гнучкого валу дроту від контакту із зовнішніми компонентами, забезпечуючи безпеку оператора. Крім того, він може зберігати мастильні матеріали та запобігати потраплянню бруду. Під час роботи шланг забезпечує опору, що полегшує використання гнучкого валу. Примітно, що шланг не обертається разом із гнучким валом під час передачі, що забезпечує плавну та ефективну роботу.
Розуміння різних типів та функцій валів має вирішальне значення для інженерів та конструкторів, щоб забезпечити оптимальну продуктивність та надійність механічних систем. Вибираючи відповідний тип вала для конкретних застосувань, можна підвищити ефективність та довговічність машин. Щоб отримати більше інформації про механічні компоненти та їх застосування, слідкуйте за нашими останніми оновленнями!
Час публікації: 15 жовтня 2024 р.
