Зубчатые колеса, шкивы и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах и осях. Вал предназначен для поддержания расположенных на нем деталей и для передачи вращающего момента.
При работе вал испытывает изгиб и кручение а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие. В отличие от вала, ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытывает кручения.
Вал всегда вращается, а ось может быть вращающейся или невращающейся (неподвижной).
По форме геометрической оси валы разделяют на прямые и коленчатые. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Особую группу составляют гибкие валы с изменяемой формой геометрической оси. Коленчатые и гибкие валы относят к специальным деталям и не изучают в курсе деталей машин.
По конструкции различают валы и оси: гладкие и ступенчатые, а также сплошные и полые. Образование ступеней на валу связано с фиксацией деталей или самого вала в осевом направлении. Полыми валы изготавливают для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло.
Валы и оси вращаются в опорах. Опорные части валов и осей называют цапфами. Цапфы валов, работающие в подшипниках скольжения выполняют цилиндрическими, коническими и сферическими. Цапфы для подшипников качения выполняют как правило цилиндрическими.
Основными материалами для прямых валов и осей служат углеродистые и легированные стали благодаря высоким механическим характеристикам, способности к упрочнению и легкости получения цилиндрических заготовок прокаткой. Чаще других применяют стали 35, 45, 40Х с термической обработкой «улучшение».
Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали: 40ХН, ЗОХГТ и др. Подвергают их закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском.
Валы подвергают токарной обработке и последующему шлифованию посадочных поверхностей. Высоконапряженные валы шлифуют по всей поверхности. Шероховатость поверхности под подшипники качения Ra=1,5…2,5 мкм.
Основными критериями работоспособности валов являются:
- усталостная прочность (выносливость);
- жесткость;
- устойчивость к резонансным поперечным колебаниям.
