В чем отличие вала от оси

Виды и назначение валов и осей

1). Общее сведение.
2). Разновидности валов и осей.
3). Конструктивные элементы валов и осей.
4). Материалы валов и осей.

1). Зубчатые колёса, шкивы, звёздочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях.
Вал предназначен для поддержания сидящих на нём деталей и передачи вращающегося момента. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие.
Ось – это деталь, предназначена для поддержания сидящих на ней деталей. В отличие от вала ось не передаёт крутящего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижными или вращаться вместе с насаженной на неё деталей.

2). По геометрической форме валы делятся на прямые, коленчатые и гибкие. Коленчатые и гибкие валы относятся к специальным деталям и в настоящем курсе не рассматривается. Оси, как правило, изготавливают прямыми. По назначению прямые валы и оси могут быть гладкими или ступенчатыми. Образование ступеней связанно с нагрузкой отдельных сечений, а так же условиями изготовления и удобства сборки. По типу сечения валы и оси бывают сплошные и полые. Полые сечения применяются для уменьшения массы или для размещения внутри себя другой детали.

3). Участки вала или оси, лежащие на опорах, называют опорными. Они подразделяются на три разновидности:
I. Шипом называется цапфа, которая расположена на конце вала или оси и передающая радиальную нагрузку.
II. Шейкой называется цапфа, которая расположена в средней части вала или оси. Опорами для опор и шеек служат подшипники. Шипы и шейки могут быть сферическими, коническими и цилиндрическими.
III. Пятой называют цапфу, которая передаёт осевую нагрузку. Опорами для пят служат подпятники. Пяты могут быть сплошными, кольцевидными и гребенчатыми. Они применяются редко.

4). Материалы валов и осей должны быть прочными, легко обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Прямые валы и оси изготовлены в основном из углеродистых и легированных сталей. Для валов и осей без термообработки применяют стали СТ – 5, СТ – 6, для валов с термообработкой применяют стали СТ – 45, СТ – 40Х. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготавливают из стали СТ – 20, СТ – 20Х, СТ – 12Х, СТ – 3А. Цапфы этих валов цементируют для повышения износостойкости. Валы и оси обрабатывают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных гнезд.

Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

Ежедневная аудитория портала Проза.ру – порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.

Ось, вал или шток?

Как и многие названия в механике, название «вал» имеет немецкие корни и происходит от «die Welle, die Walze» (вал, цилиндр, ролик).
Назначение вала — передавать крутящий момент сопряжённым с ним узлам механизма через жёстко закреплённые на валу зубчатые колеса, звездочки, шкивы, кулачки, муфты и т.д. Валы могут быть прямолинейными, коленчатыми, гибкими в отличие от осей, которые могут быть только прямолинейными и жесткими. Для преобразования вращательного движения вала в прямолинейное движение исполнительных механизмов применяют высокоточные прецизионные валы. Купить их и проконсультироваться можно в компании Техникс.

Компания Техникс производит и предлагает прецизионные прямолинейные валы для систем линейного перемещения (отклонение от прямолинейности от 0.2 мм на длине 1000 мм). Прецизионные валы technix изготовлены из легированной стали или стали 45, имеют износостойкую поверхность (HRC 62) и вязкую сердцевину. Назначение каждого вала можно уточнить у консультанта компании Техникс.

Если под название «вал» и «ось» попадают целые каталоги деталей самого различного применения, то под штоком подразумевают деталь узкого прикладного значения — это всегда соединительный стержень между поршнем гидроцилиндра, выступающего в качестве привода, и исполнительным механизмом. При этом шток совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение, т.е. передаёт только осевое усилие. Шток не вращается, он не передает крутящий момент. В этом его отличие от вала.

Название шток тоже немецкого происхождения: от «der Stock» (палка, шток). От палки здесь только название. На самом деле, это ответственная деталь, работающая в тяжёлых условиях знакопеременных нагрузок и экстремальных температур. Для штока разработаны специальные прочностные расчеты. Шток в составе цилиндра применяется в дорожно-строительной, подъемно транспортной, буровой технике, различном технологическом оборудовании.

Тело штока простого круглого сечения со стороны поршня, а хвостовик для крепления к исполнительному механизму может быть сложной геометрической формы вплоть до вилкообразной. Шток может быть цельным, полым (трубчатым) и телескопическим.

Наглядным примером совместного применения и функциональных отличий вала, оси и штока является устройство судового крейцкопфного двигателя внутреннего сгорания (СДВС). Ось поршня СДВС (поршневой палец) запрессована, она неподвижна и служит только для соединения поршня со штоком. Другим концом шток жестко соединён второй осью с ползуном-крейцкопфом (и опять здесь не обошлось без немецкого «der Kreuzkopf»). Крейцкопф задает возвратно-поступательное направление перемещения всей поршневой группе, которое далее преобразуется в колебательно-вращательное движение шатуна с кривошипом. Кривошип жестко закреплён на валу и заставляет вал вращаться, передавая крутящий момент.

Валы и оси

Вал – это деталь, которая предназначена для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нем деталей и опор.

Ось — деталь, которая предназначена для поддержки деталей, расположенных на ней, и восприятия действующих на них сил.

Оси и валы классифицируются по следующим признакам:

Геометрическая форма. Согласно данному признаку валы делятся на прямые, коленчатые, гибкие, кривошипные, карданные и телескопические. Оси, как правило, изготавливаются прямыми. Наиболее распространены прямые валы, у них продольная геометрическая ось является непрерывной прямой линией, к данному виду валов относятся валы коробок передач, редукторов, а также колесных и гусеничных машин. Коленчатые валы, у которых продольная геометрическая ось — ломаная прямая линия, используются в кривошипно-шатунных механизмах, которые предназначены для преобразования во вращательное движение возвратно-поступательного или наоборот. Кривошипные и коленчатые валы применяются для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневой двигатель) и наоборот (компрессор). Гибкие валы предназначены для передачи вращающего момента между узлами машин. Телескопические валы используются в случае необходимости осевого перемещения одного вала относительно другого, для того, чтобы передать движение между деталями, оси вращения которых располагаются таким образом, что осуществить жесткую связь между ними невозможно.
Вид формы осевого сечения. Согласно данному признаку валы делятся на ступенчатые валы, у которых имеются на отдельных участках различные размеры поперечных сечений, шлицы, резьба, проточки, криволинейные или конические переходы и т. п., а также валы по всей длине с постоянными размерами сечений. Использование валов с постоянными размерами поперечных сечений целесообразно только в том случае, если они главным образом нагружены постоянным крутящим моментом по всей длине, при этом изгибающие моменты незначительны. В основном применяются ступенчатые валы. Ступенчатость осевой формы вала усложняет его изготовление и способствует увеличению его стоимости, однако, ступенчатость необходима для посадки размещаемых на вале деталей на свои рабочие места без повреждения соседних участков вала и для создания упоров (заплечиков), требуемых для осевой фиксации насаженных на вал деталей и восприятия значительных осевых усилий.
Вид поперечных сечений участков. Согласно данному признаку валы делятся на сплошные и полы с некруглым и круглым поперечным сечением. К некруглым поперечным сечениям относятся также сечения, которые имеют, поперечное отверстие и шлицы. Применение полых валов способствует значительному снижению их веса. В данном случае экономится порядка 60 % металла. Но полые валы существенном сложнее в изготовлении. Поэтом, в основном используются сплошные валы, а полые валы только при жёстких требованиях к весу, или в случае необходимости прохождения сквозь валы или размещения внутри валов других деталей. Некруглые поперечные сечения посадочных участков валов применяют при действии существенных крутящих моментов, то есть в том случае, когда использование шпоночных или шлицевых соединений нецелесообразно. Сечения с поперечными отверстиями применяют в особых случаях.
Метод изготовления. Согласно данному признаку валы делятся на составные и цельные. Наиболее распространены цельные валы. Использование составных валов обусловлено тем, что круглая качественная сталь поставляется длиной только до 6-7 метров, поэтому, более длинные валы изготавливают составными.

Элементы и материалы для изготовления валов и осей

Основным частями валов и осей являются:

Цапфы, которые являются опорными участками осей или валов. Цапфы делятся на пяты, шипы и шейки. Шипом является цапфа, которая располагается на конце вала или оси и передающую в основном радиальную силу. Шейкой является цапфа, которая находится центре оси или вала. Пята передает осевую силу.
Посадочные поверхности. Посадочные поверхности осей и валов под ступицы могут быть коническими или цилиндрическими.
Переходные участки. Переходные участки валов и осей могут быть с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга; с галтелью переменного радиуса; с галтелью постоянного радиуса.

Материалы валов и осей должны хорошо обрабатываться, обладать высоким модулем упругости и быть прочными. Данным требованиям наиболее полно удовлетворяют легированные и углеродистые. Для валов и осей без упрочняющей термической обработки применяют стали Ст5, Ст6, для валов термической обработкой— 45, 40Х. Быстроходные валы, которые используются в подшипниках скольжения, делаются из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА. Цапфы таких валов цементуются с целью увеличения.

Чем вал отличается от оси: описание и отличия

vaars23

Перед ответом на вынесенный в заголовок вопрос нелишне произвести краткий этимологический экскурс в историю происхождения обоих интересующих слов.

Что есть ось?

Слово «ось» по этимологии восходит к праславянскому «ость» — то есть срединная линия (любопытно, что в ботанической среде термин так и продолжает использоваться — а ещё его до сих пор можно встретить в описании типов ворсинок натурального меха). Применительно к технике, в современном понимании ось обозначает некий стержень (причём может он быть как цельным, так и пустотелым), на который «нанизывается» стороннее тело, которому затем придаётся вращение. Отсюда сразу же следует, что ось может быть как самостоятельно вращающейся, так и неподвижной относительно «нанизанного» на неё предмета.

Ось качания

Попутно весьма любопытно будет отметить, что зачастую даже в технической литературе в качестве фактического синонима слову «ось» встречается использование слова «шпиндель» (восходит к немецкому Spindel, обозначающему веретено) — что по смыслу совершенно неверно (см. разъяснение ниже).

Ось переднего колеса

Что есть вал?

Слово «вал» также имеет праславянские корни (наличествует практически во всей группе славянских языков) и по смыслу относится к чему-то более крупному, округлому и перемещающемуся (катящемуся) — сравните, например, происходящую от него волну и цилиндрический валёк для отжима белья или раскатывания теста. Применительно к современному техническому пониманию термина, вал обозначает специализированную деталь машины, конструктивно предназначенную для передачи вращающего момента от/к расположенных на нём деталей и точек закрепления (опор).

Вал заднего хода

Обратите внимание, что технологически вал совершенно не обязательно «прямой и гладкий»: достаточно взглянуть на коленчатый вал (коленвал) в любом поршневом двигателе внутреннего сгорания в автомобиле. Конструкционно вал также может быть как пустотелым, так и цельным, гладким/ступенчатым и даже полностью гибким: любители раритетных авто немедля вспомнят культовые модели с гибким валом вместо карданной передачи (карданного вала), а более «приземлённые» — малоприятный зубоврачебный кабинет с бормашиной, где вращение зубному бору передаётся именно очень длинным гибким валом, вращающемся на большой скорости (вплоть до десятка тысяч оборотов в минуту!) Впрочем, ту же конструкцию можно наблюдать и у более «приятного» устройства — ручной гравировальной машинки, которой наносятся поздравительные/дарственные надписи на самые разнообразные вещи и подарки.

Вал

Особенности эксплуатации

Из сравнения вышеприведённых описаний уже видно кардинальное отличие любого используемого в технике вала от оси: вал обязательно служит для передачи крутящего момента (силового воздействия) от контактирующих с ним сопряжённых деталей — это особенно наглядно в случае гибкого вала. Исходя из этого столь же сильно различаются и конструкционно-технологические параметры этих двух типов деталей: ось противодействует изгибающему её механическому усилию, в то время как вал испытывает нагрузку на скручивание. Соответственно, сильно различаются и технологические режимы обработки и сами конструкционные материалы, используемые в обоих случаях.

Из вышесказанного также совершенно очевидно, что упомянутый ранее термин «шпиндель» никоим образом не может быть синонимом термину «ось», причём совершенно не важно, о каком именно из всех возможных технических шпинделей идёт речь:

Шпинделе в металлообрабатывающем станке, где закрепляется обрабатываемая заготовка.
В некоторых типах трубопроводной арматуры.
Шпинделе компьютерного жёсткого диска, на котором закрепляется пластина (пакет пластин) для чтения-записи информации.
Определённой вращающейся рабочей части любого станка для шлифовки — и так далее.

Резюме

Основное назначение оси — удержание в определённом месте и положении насаженной на неё другой вращающейся детали, при этом ось не служит для механической передачи силового (крутящего) момента вдоль себя, а лишь противоборствует изгибающему её внешнему усилию. Отсюда следует, что «правильная» ось во время работы — всегда прямая, а возможный остаточный прогиб — суть дефект, возникший из-за эксплуатации оси на запредельных (нерасчётных) режимах. Вал же изначально ориентирован на передачу механической энергии вдоль своей длины и поэтому должен максимально надёжно противостоять распространяющемуся по нему скручивающему усилию — для чего ему быть прямым и максимально твёрдым совершенно не обязательно.