Charakterystyka osi i wałów

Charakterystyka osi i wałów
Osią lub wałem nazywa się element maszyny podparty w łożyskach i podtrzymujący osadzone na nim części maszyn, które wykonują ruchy obrotowe lub wahadłowe. Głównym zadaniem wału jest przenoszenie momentu obrotowego, zatem wał narażony jest jednocześnie na skręcanie oraz - pod wpływem sił poprzecznych - na zginanie. W niektórych przypadkach wał może być narażony nie tylko na skręcanie. Oś nie przenosi momentu obrotowego i jest narażona tylko na zginanie. Oś może być nieruchoma, utwierdzona w miejscu podparcia, lub ruchoma, osadzona w łożyskach. Oś nieruchomą mocuje się w podporach za pomocą połączeń wpustowych, gwintowych, itp. Krótką oś nazywa się czasami sworzniem. Zarówno osie, jak i wały mogą być dodatkowo obciążone siłą poosiową, np. gdy elementami osadzonymi na nich są koła zębate skośne lub stożkowe.
Rodzaje osi i wałów
Osie i wały sztywne są to pręty o przekroju okrągłym albo sześciokątnym lub innym. Różnią się osie i wały gładkie o prawie niezmiennym przekroju na całej długości oraz kształtowe ? o zmiennych przekrojach, dostosowanych do obciążenia i funkcji osi lub wału. Osie z reguły są proste, natomiast wały mogą być proste lub wykorbione. W niektórych urządzeniach stosuje się wały giętkie, służące do przenoszenia napędu na elementy wykonujące ruchy przestrzenne względem źródła napędu. Zależnie od liczby łożysk, będących podporami wałów, rozróżnia się wały dwu ? i wielopodporowe oraz ? jednopodporowe. W zależności od spełnianych funkcji wału często stosuje się nazwy: wał główny pomocniczy rozrządczy itp. Wały mogą być pełne lub drążone. Wały drążone stosuje się w celu zmniejszenia ciężaru konstrukcji.
Czopami nazywa się odcinki osi lub wału, których powierzchnie stykają się ze współpracującymi elementami: łożyskami, kołami zębatymi itp. Rozróżnia się czopy ruchowe i spoczynkowe. Czopy ruchowe współpracują z panewkami łożysk ślizgowych z kołami przesuwnymi lub obracającymi się względem nieruchomej osi, natomiast czopy spoczynkowe współpracują z elementami osadzonymi na stałe względem wału i obracającymi się wraz z nim.
Obciążenia osi i wałów
Podstawą obliczenia wytrzymałości osi lub wału jest wyznaczenie wszystkich sił i momentów działających na wał. Rozróżnia się:
-obciążenia zmienne co do wartości i kierunku, wywołujące naprężenia zmienne;
-Obciążenia stałe wywołujące w osiach nieruchomych naprężenia stałe, a w osiach ruchomych i wałach ? naprężenia zmienne;
-obciążenia zmieniające swoje położenie wraz z obrotem wału ? np. siły odśrodkowe, które wywołują naprężenia stałe. Osie nieruchome oblicza się na wytrzymałość statyczną, a osie ruchome i wały ? na wytrzymałość zmęczeniową. Zwrot ?obliczanie na wytrzymałość...? Oznacza dokonanie takiego wyboru kształtu, wymiarów i rodzaju materiału części, aby mogła ona ? z uwzględnieniem odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa ? pracować bez obawy uszkodzenia w określonych warunkach obciążeniowych.
Projektowanie osi i wałów obejmuje:
-obliczenia wstępne, umożliwiające ustalenie kształtu i przybliżonych wymiarów osi lub wału. Obliczenia te wykonuje się w zasadzie na wytrzymałość statyczną, uwzględniając jednak wpływ względności obciążeń przez przyjęcie odpowiednich naprężeń dopuszczalnych.
-obliczenia dokładne uwzględniające czynniki decydujące o wytrzymałości zmęczeniowej oraz sztywność giętną i skrętną wału.
Ruch obrotowy wału jest wywołany siłami działającymi obwodzie elementu napędzającego osadzonego na wale i jest przekazywany np. na inne wały za pośrednictwem kół napędzanych. Dla ustalenia siły wpływu działania siły obrotowej F na wał, w jego osi zaczepia się tzw. Układ zerowy sił tj. dwie siły F. Których suma jest równa zeru. Z otrzymanego układu sił wynika, że wał jest obciążony momentem skręcającym oraz siłą F, wywołującą zginanie wału. Zarówno siły zewnętrzne, jak i reakcje w łożyskach obciążają wały w różny sposób, zależnie od kształtu piasty koła i rodzaju łożyska. Przykłady wyznaczenia punktu zaczepienia reakcji oraz wyznaczenie punktów zaczepienia obciążenia, przenoszącego na wał przez części na nim osadzone.