Виды валов

Стальной вал – деталь, предназначенная для передачи механической энергии и крутящего момента вдоль продольной оси. Он представляет собой вытянутый цилиндр из металла.

Вал – важнейшая деталь двигателя и других механизмов, передающих или принимающих крутящий момент. Также деталь используется как опора крутящихся узлов. Вал должен выдерживать значительные силовые нагрузки, воздействующие на него установленных устройств или опорных частей.

Вал испытывает значительные скручивающие, поперечные нагрузки, изгибающие моменты. В некоторых случаях он также должен противостоять силам растяжения и сжатия. Поперечные и другие нагрузки рассчитываются во время проектирования механизма.

Большое распространение валов в механизмах определяет огромное количество типоразмеров изделий.

Особенности гладких прецизионных валов

У гладких прецизионных валов значение диаметра не изменяется по всей длине. Такие валы не отличаются широтой применения. Они входят, как элемент в различные механизмы или двигатели для натяжения материалов или фиксации вращающихся деталей.

В типографском оборудовании гладкие валы применяются в офсетных машинах, где с их помощью обеспечивается натяжение бумаги или картона во время вращения приводного двигателя механизма.

В каталоге магазина mirprivoda.ru на странице можно найти цельнометаллические и полые гладкие прецизионные валы разных размеров. Они изготавливаются из калиброванной холоднотянутой стали (нержавеющей, углеродистой, низколегированной конструкционной марок 30Г, 30ХГСА, 40Г). Точность обработки поверхности – III (высокая) или IV (нормальная) классов.

Магазин mirprivoda.ru предлагает валы с диаметрами от 6 до 100 мм.

Шлифовка вала проводится на бесцентрово-шлифовальном станке. Валы, испытывающие повышенную нагрузку на поверхность, могут быть подвергнуты термической обработке. Повышенная чистота поверхности обеспечивает улучшенное скольжение натягиваемого материала.

Использование гладких валов экономически оправдано из-за их геометрической простоты. Благодаря постоянному диаметру упрощается обработка поверхности, снижается до минимума количество операций во время производства.

Прижимные валы

Прижимной вал – деталь, которая обеспечивает прижатие подаваемого материала. Используются в оборудовании, предназначенном для производства, обработки, раскроя, печати пленок, бумаги, картона, других рулонных материалов. Вал может быть металлическим или прорезиненным, поверхность которого покрывается слоем резины или другого полимерного материала. Покрытие необходимо для:

• амортизации;
• лучшего прижатия материала;
• недопущения разрывов и повреждения пленки, бумаги.

Прижимные валы широко используются в различных видах техники:

• пищевом оборудовании;
• производственных линиях по выпуску упаковки;
• типографиях и др.

Основные характеристики прижимных валов:

• минимальное значение диаметра Dmin – 10 мм;
• максимальная величина диаметра Dmax – 2000 мм.

Термическая обработка проводится в случае требования со стороны заказчика. Для изготовления используются стали марки 20, 25, 30, 30Х, 40Х, 40Г, 45Г, а также другие.

Ступенчатые валы

В машиностроении широко применяются валы ступенчатого типа. Их важнейшими характеристиками являются:

• полная длина;
• количество ступеней и их длина;
• максимальный и минимальный диаметр;
• наличие шлицов, нарезки резьбы, профиля иного вида;
• показатель неравномерности перепада диаметра.

Назначение ступенчатых валов – передача крутящего момента от двигателя к исполнительному механизму. Этот тип используется повсеместно, включая тяжелое машиностроение, транспорт, производство, бытовую технику и др.

Ступенчатые валы отличаются сложной формой, поэтому их производство из заготовок может включать три и более операции, включая обработку поверхности на токарном станке, накатку резьбы, фрезерование проточек под шлицы для фиксации соединяемых элементов. Предусмотрены базовые размеры ступенчатых валов, что упрощает установку их в различные механизмы и двигатели.

Поверхность ступенчатых валов представляет собой сочетание различных типов посадочных и непосадочных поверхностей:

• гладких;
• шлицевых;
• шпоночных;
• резьбовых;
• переходных.

Валы этого типа работают в сложных условиях, воспринимая значительные знакопеременные нагрузки, а также высокие обороты. Большие нагрузки приводят к повышенным требованиям к точности и качеству производства деталей.

Вал не только передает крутящий момент, но также служит для установки различных устройств, рабочих механизмов, в том числе обладающих высокой массой. Это приводит к значительным нагрузкам, которые воздействуют на вал: поперечным, скручивающим, продольным, а также на растягивание и сжатие. Конструктивно форма вала может быть гладкой, фланцевой, в виде шестерни. Для уменьшения массы применяют полые изделия.

Существует два вида валов:

• жесткие, у которых размер среднего диаметра в 12 и более раз меньше длины;
• нежесткие, у которых это значение меньше, чем 12-кратное.

Модели для высокооборотистого оборудования предварительно проходят динамическую балансировку, в ходе которой добиваются определенного значения дисбаланса. Материалом для изделий служит различные марки конструкционной стали: малоуглеродистая, среднеуглеродистая, высоколегированная. Для улучшения износостойкости изделий, а также совокупности их физико-механических характеристик готовые изделия подвергаются различного типа термообработке.

Для валов из малоуглеродистых сталей используют цементирование поверхности на глубину 1 мм с допуском плюс-минус 0,2 мм. Обработка обеспечивает твердость стали, равной 57 ±1 HRC. Для среднеуглеродистых сталей применяют поверхностную закалку, нормализацию и термическое улучшение. Изделия, выполненные из высоколегированных сталей, применяют для оборудования, развивающего высокие скорости. Для придания валам необходимой твердости, они подвергаются азотированию на глубину в 0,35 мм.

Валы, имеющие конические выходные концы

Конические концы валов служат для посадки шестерен, муфт или шкивов. Стандарты размеров изделий подобного типа с конусностью 1:10 и диаметром от 3 до 630 мм изложены в ГОСТ 12081-72.

Проводятся валы с двумя типами концов: с наружной и внутренней резьбой. Также концы могут быть длинными или короткими.

Устройство паза для шпонки, расположенного на конусном конце, определяется размером диаметра d1. При значении ниже 22 мм, паз выполняют параллельным продольной оси детали. Если диаметр больше 22 мм, то паз делают параллельно конусной образующей.

Характеристики конусности торцов вала зависят от пределов, заданных ступенчатым калибром-кольцом, а также величиной диаметра и длиной вала.

Маркировка конусных валов начинается с литеры К, затем следует набор цифр, которые показывает тип, исполнение и диаметр изделия. Например, К 1120 по ГОСТ 12081-72 обозначает, что вал имеет первый тип (с наружной резьбой), первое исполнение (длинный), номинальный диаметр, равный 20 мм.

Используемые при производстве валов заготовки

Поковки

Поковки – стальные полуфабрикаты, получаемые при помощи свободной ковки. Также к ним относят изделия после объемной штамповки, такие детали отличаются минимальными припусками, что снижает количество механической обработки и величину отходов. Штампованные поковки отличаются значительной прочностью и качеством производства. К штамповке прибегают при массовом или крупносерийном производстве. Свободную ковку используют, если изделия производят в единичных или мелкосерийных масштабах.

Выпуск стальных поковок регламентируются следующими нормативами ГОСТ:

• 7505-83;
• 7829-70;
• 8479-70;
• 25054-81.

На валы идут различные поковки, выполненные из разных сортов стали, включая углеродистые и высоколегированные. В начале производства стальной прокат режется на отдельные отрезки при помощи ленточной пилы или газопламенной резки.

Температурный режим зависит от марки используемой стали. Например, для марки 45 нагрев проводится до температуры 1200-1250°C. Тип термообработки заготовки также зависит от марки металла.

Круги

Сталь в виде кругов используется не только для валов, но и для выпуска других деталей. Прокат круглого сечения выпускается следующих типов:

• Горячекатаный по ГОСТу 2590-2006;
• Кованный (ГОСТ 1133-71);
• Калиброванный, холоднотянутый или холоднокатаный (ГОСТ 7417-75);
• Качественный, подвергаемый специального типа отделке поверхности, проводимой после снятия поверхностного слоя на глубину в 0,2-50 мм (ТУ 14955-77).

Нормативные документы определяют виды получаемого проката и стандартные типоразмеры. В документации указывается диаметр, поперечная площадь, масса отрезка стандартной длины, допустимые величины погрешностей и другие параметры.

Отливки

Отливки из стали производятся способом литья. Стандарты определяются ГОСТ 977-88. На отливки идут следующие марки стали:

• нелегированные конструкционные;
• легированные конструкционные;
• легированные стали со специальными параметрами (классами), к ним относятся такие марки, как мартенситные, ферритные, мартенситно-ферритные и др.

Все отливки можно разделить на три группы по их назначению и предъявляемым требованиям:

• общего назначения (параметры определяются только согласно технологическим и конструктивным соображениям);
• ответственного назначения (предназначены для работы при статических нагрузках, предварительно рассчитываются прочностные характеристики);
• сверхответственного назначения (работают в условиях циклических и динамических нагрузок, обязательно проводится расчет прочностных показателей).

Обычно отливки проходят термообработку, но по требованию заказчика она в некоторых случаях не проводится.

Для серийного выпуска ступенчатых валов, имеющих небольшой перепад между участками, может применяться горячекатаный круг. Для изделий со значительными перепадами сечения применяют кованные заготовки. В крупносерийном, а также массовом производстве экономически целесообразно применение заготовок, получаемых методом штамповки. В этом случае их производят при помощи горизонтально-ковочного высаживания и обжатия радиально-ковочными станками и поперечно-клинового проката.

Используемые для производства валов марки сталей

На изготовление валов идут стали, отличающиеся высоким модулем упругости, позволяющий успешно преодолевать статические и динамические нагрузки. Металл также должен легко обрабатываться (это еще одно важное требование), что снижает затраты на производство, в первую очередь массовое.

Основными сплавами, идущими на выпуск валов, являются низкоуглеродистые стали марок 25, 35, 40, 45. также широко применяются легированные стальные сплавы (например, 35Х, 40Х, 40ХН, 40ХНМ, а также другие).

Если поперечный диаметр вала зависит от его жесткости, то в качестве материала берутся конструкционные, либо углеродистые стали. Термическая обработка при этом не проводится. Для ответственных механизмов применяют стали среднеуглеродистого или легированного типа. Для улучшения прочностных параметров их подвергают улучшению (закаливают с последующим за ней высоким отпуском).

Валы, которые работают в условиях больших нагрузок и устанавливаемые в ответственные механизмы, изготавливают из легированных сплавов с последующей термообработкой:

• улучшения;
• закалкой с высоким отпуском;
• поверхностной закалкой токами высокой частоты с последующим низким отпуском.

На быстроходные валы, опирающиеся на подшипники скольжения, идет цементированная сталь марок 20ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А и других, а также азотируемые марки 18Х2Н4ВА, 38Х2ЮА, 38Х2МЮА и др.