Валовеса критични компоненти в механичните системи, служещи като гръбнак, който поддържа всички трансмисионни елементи, като същевременно предава въртящ момент и огъващи моменти на лагерите. Проектирането на вал трябва не само да се фокусира върху неговите индивидуални характеристики, но и да вземе предвид неговата интеграция с цялостната структура на валовата система. В зависимост от вида на натоварването, изпитвано по време на движение и предаване на мощност, валовете могат да бъдат категоризирани като шпиндели, задвижващи валове и въртящи се валове. Те могат да бъдат класифицирани и въз основа на формата на оста им като прави валове, ексцентрични валове, колянови валове и гъвкави валове.
Шпиндели
1. Фиксиран шпиндел
Този тип шпиндел поема само огъващи моменти, докато остава неподвижен. Неговата проста структура и добра твърдост го правят идеален за приложения като оси на велосипеди.
2. Въртящ се шпиндел
За разлика от неподвижните шпиндели, въртящите се шпиндели също понасят огъващи моменти по време на движение. Те често се срещат в осите на влаковите колела.
Задвижващ вал
Задвижващите валове са проектирани да предават въртящ момент и обикновено са по-дълги поради високите скорости на въртене. За да се предотвратят силни вибрации, причинени от центробежни сили, масата на задвижващия вал е равномерно разпределена по неговата обиколка. Съвременните задвижващи валове често използват кухи конструкции, които осигуряват по-високи критични скорости в сравнение с плътните валове, което ги прави по-безопасни и по-ефективни от гледна точка на материалите. Например, автомобилните задвижващи валове обикновено са изработени от стоманени плочи с еднаква дебелина, докато тежкотоварните превозни средства често използват безшевни стоманени тръби.
Въртящ се вал
Въртящите се валове са уникални с това, че издържат както на огъващи, така и на торсионни моменти, което ги прави едни от най-разпространените компоненти в механичното оборудване.
Прав вал
Правите валове имат линейна ос и могат да бъдат категоризирани като оптични и стъпаловидни. Правите валове обикновено са твърди, но могат да бъдат проектирани с кухина, за да се намали теглото, като същевременно се запази твърдост и устойчивост на усукване.
1. Оптичен вал
С опростена форма и лесни за производство, тези валове се използват предимно за трансмисия.
2. Стъпаловиден вал
Вал със стъпаловидно надлъжно сечение се нарича стъпаловиден вал. Тази конструкция улеснява по-лесния монтаж и позициониране на компонентите, което води до по-ефективно разпределение на натоварването. Въпреки че формата му наподобява тази на греда с равномерна якост, той има множество точки на концентрация на напрежение. Поради тези характеристики, стъпаловидните валове се използват широко в различни трансмисионни приложения.
3. Разпределителен вал
Разпределителният вал е критичен компонент в буталните двигатели. При четиритактовите двигатели разпределителният вал обикновено работи с половината от скоростта на коляновия вал, но въпреки това поддържа висока скорост на въртене и трябва да издържа на значителен въртящ момент. В резултат на това, конструкцията на разпределителния вал поставя строги изисквания към неговата здравина и опорни възможности.
Разпределителните валове обикновено са изработени от специализиран чугун, въпреки че някои са изработени от ковани материали за повишена издръжливост. Дизайнът на разпределителния вал играе жизненоважна роля в цялостната архитектура на двигателя.
4. Шлицов вал
Шлицовите валове са наречени така заради отличителния си външен вид, характеризиращ се с надлъжен шпонков канал на повърхността си. Тези шпонкови канали позволяват на въртящите се компоненти, монтирани върху вала, да поддържат синхронизирано въртене. В допълнение към тази ротационна способност, шлицовите валове позволяват и аксиално движение, като някои конструкции включват надеждни заключващи механизми за приложения в спирачни и кормилни системи.
Друг вариант е телескопичният вал, който се състои от вътрешна и външна тръба. Външната тръба има вътрешни зъби, докато вътрешната тръба има външни зъби, което им позволява да се съединяват безпроблемно. Този дизайн не само предава въртящ момент, но и осигурява възможност за удължаване и свиване на дължина, което го прави идеален за използване в механизми за превключване на предавки в трансмисии.
5. Зъбен вал
Когато разстоянието от издатината на зъбното колело до дъното на шпонковия канал е минимално, зъбното колело и валът са интегрирани в едно цяло, известно като зъбен вал. Този механичен компонент поддържа въртящи се части и работи заедно с тях, за да предава движение, въртящ момент или огъващи моменти.
6. Червячен вал
Червячният вал обикновено е конструиран като едно цяло, което обединява както червяка, така и вала.
7. Куха шахта
Вал, проектиран с кух център, е известен като кух вал. При предаване на въртящ момент, външният слой на кухия вал изпитва най-голямо напрежение на срязване, което позволява по-ефективно използване на материалите. При условия, при които огъващият момент на кухите и плътните валове е еднакъв, кухите валове значително намаляват теглото, без да се прави компромис с производителността.
Колянов вал
Коляновият вал е критичен компонент в двигателя, обикновено изработен от въглеродна конструкционна стомана или сферографитен чугун. Той се състои от две ключови секции: основната шия и шийката на мотовилката. Основната шия е монтирана на блока на двигателя, докато шийката на мотовилката е свързана с големия край на мотовилката. Малкият край на мотовилката е свързан с буталото в цилиндъра, образувайки класически механизъм на колянов вал и плъзгач.
Ексцентричен вал
Ексцентричен вал се определя като вал с ос, която не е подравнена с центъра му. За разлика от обикновените валове, които основно улесняват въртенето на компонентите, ексцентричните валове са способни да предават както въртящ момент, така и въртене. За регулиране на централното разстояние между валовете, ексцентричните валове обикновено се използват в планарните механизми за свързване, като например системите за задвижване с клиновиден ремък.
Гъвкав вал
Гъвкавите валове са предназначени предимно за предаване на въртящ момент и движение. Поради значително по-ниската си огъваща якост в сравнение с усукващата им якост, гъвкавите валове могат лесно да се движат около различни препятствия, което позволява предаване на дълги разстояния между основната мощност и работещата машина.
Тези валове улесняват предаването на движение между две оси, които имат относително движение, без да са необходими допълнителни междинни предавателни устройства, което ги прави идеални за приложения на дълги разстояния. Техният опростен дизайн и ниска цена допринасят за популярността им в различни механични системи. Освен това, гъвкавите валове помагат за абсорбиране на удари и вибрации, подобрявайки цялостната производителност.
Често срещаните приложения включват ръчни електрически инструменти, някои трансмисионни системи в машинни инструменти, километражи и устройства за дистанционно управление.
1. Гъвкав вал тип Power
Гъвкавите валове от енергиен тип имат фиксирана връзка в края на меката връзка на вала, снабдена с плъзгаща се втулка в съединението на маркуча. Тези валове са проектирани предимно за предаване на въртящ момент. Основно изискване за гъвкавите валове от енергиен тип е достатъчна торсионна якост. Обикновено тези валове включват механизми против обратно въртене, за да се осигури еднопосочно предаване. Външният слой е конструиран със стоманена тел с по-голям диаметър, а някои конструкции не включват сърцевинен прът, което повишава както износоустойчивостта, така и гъвкавостта.
2. Гъвкав вал с контролен тип
Гъвкавите валове от контролен тип са предназначени предимно за предаване на движение. Въртящият момент, който предават, се използва главно за преодоляване на въртящия момент на триене, генериран между гъвкавия вал от тел и маркуча. Освен ниската якост на огъване, тези валове трябва да притежават и достатъчна якост на усукване. В сравнение с гъвкавите валове от силов тип, гъвкавите валове от контролен тип се характеризират със своите структурни характеристики, които включват наличието на сърцевина на прът, по-голям брой слоеве на навиване и по-малки диаметри на телта.
Структура на гъвкавия вал
Гъвкавите валове обикновено се състоят от няколко компонента: гъвкав вал от тел, съединение на гъвкавия вал, маркуч и съединение на маркуча.
1. Гъвкав вал от тел
Гъвкавият вал от тел, известен още като гъвкав вал, е изграден от множество слоеве стоманена тел, навити заедно, образувайки кръгло напречно сечение. Всеки слой се състои от няколко едновременно навити нишки тел, което му придава структура, подобна на многожилна пружина. Най-вътрешният слой тел е навит около сърцевина, като съседните слоеве са навити в противоположни посоки. Тази конструкция се използва често в селскостопанските машини.
2. Гъвкава шайба
Гъвкавото съединение на вала е проектирано да свързва изходния вал с работните компоненти. Има два вида свързване: фиксирано и плъзгащо. Фиксираният тип обикновено се използва за по-къси гъвкави валове или в приложения, където радиусът на огъване остава относително постоянен. За разлика от това, плъзгащият тип се използва, когато радиусът на огъване варира значително по време на работа, което позволява по-голямо движение в маркуча, за да се поеме промяната в дължината при огъване на маркуча.
3. Маркуч и съединителна връзка на маркуча
Маркучът, наричан още защитна обвивка, служи за предпазване на гъвкавия вал от контакт с външни компоненти, осигурявайки безопасността на оператора. Освен това, той може да съхранява смазочни материали и да предотвратява навлизането на замърсявания. По време на работа маркучът осигурява опора, което улеснява работата с гъвкавия вал. Важно е да се отбележи, че маркучът не се върти заедно с гъвкавия вал по време на предаване, което позволява плавна и ефективна работа.
Разбирането на различните видове и функции на валовете е от решаващо значение за инженерите и проектантите, за да осигурят оптимална производителност и надеждност в механичните системи. Чрез избора на подходящ тип вал за специфични приложения, човек може да подобри ефективността и дълготрайността на машините. За повече информация относно механичните компоненти и техните приложения, следете ни за най-новите ни актуализации!
Време на публикуване: 15 октомври 2024 г.
