PŚ Politechnika Śląska w Gliwicach
Instytut Automatyki
Zakład Inżynierii Systemów
IA
Politechnika Śląska | Instytut Automatyki | Zakład Inżynierii Systemów | PCWS
Osie i wałki
Wiadomości ogólne

Charakterystyka osi i wałów. Osią lub wałem nazywa się element maszyny podparty w łożyskach i podtrzymujący osadzone na nim części maszyn. Na wale mogą być osadzone różne elementy wykonujące ruchy obrotowe (np. koła zębate, piasty, tarcze hamulcowe itp.) lub ruchy wahadłowe (np. koło zębate współpracujące z zębatką). Głównym zadaniem wału jest przenoszenie momentu obrotowego, zatem wał wykonuje zawsze ruch obrotowy. W związku z tym wał jest narażony jednocześnie na skręcanie oraz - pod wpływem sił poprzecznych - na zginanie. W niektórych przypadkach wał może być narażony tylko na skręcanie (np. samochodowy wał napędowy w sprzęgle Cardana).


Rys. 1.1 Przykładowy wał maszynowy

jest element mechanizmu lub maszyny, służący utrzymaniu w określonym położeniu osadzonych na niej wirujących elementów, najczęściej kół, oraz do przenoszenia na podpory sił działających na te elementy. Oś nie przenosi momentu obrotowego i jest narażona na zginanie. Oś może być nieruchoma, utwierdzona w miejscach podparcia, lub ruchoma (wykonuje ruch obrotowy), osadzona w łożyskach. Oś nieruchomą mocuje się w podporach za pomocą połączeń wpustowych, gwintowanych itp. Krótką oś nazywa się czasami sworzniem.

Zarówno osie, jak i wały mogą być dodatkowo obciążone siłą poosiową (rozciągającą lub ściskającą), np. gdy elementami osadzonymi na nich są koła zębate skośne lub stożkowe.

Przykłady wałów oraz obu rodzajów osi pokazano schematycznie na rys. 1.1.


Rys. 1.2. Schematy: a, b) wału, c) osi nieruchomej, d) osi ruchomej

Rodzaje osi i wałów. Osie i wały sztywne są ustrojami prętowymi o przekroju poprzecznym okrągłym albo (znacznie rzadziej) sześciokątnym lub innym. Można wyróżnić osie i wały gładkie (rys. 1.2a) mające prawie niezmienny przekrój poprzeczny na całej długości oraz kształtowe - o zmiennych przekrojach, wynikających z obciążenia i funkcji osi lub wału (rys. 1.2.b, c, e). Osie są z reguły proste, natomiast wały mogą być proste lub wykorbione (rys. 1.2d).


Rys. 1.3. Rodzaje wałów i osi: a) wał gładki, b, c) wały schodkowe, d) wał wykorbiony, e) oś nieruchoma

W niektórych urządzeniach (szlifierkach ręcznych, wiertarkach dentystycznych itp.) 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 (bardzo rzadko stosowane) - jednopodporowe. W zależności od spełnianych funkcji wału często stosuje się nazwy: wał główny (wrzeciono robocze - WR), pomocniczy, rozrządczy, napędzający itp. Wały mogą być pełne lub drążone. Wały drążone stosuje się w celu zmniejszenia ciężaru konstrukcji, gdy otwór umożliwia mocowanie i obróbkę długich prętów (np. w tokarkach). Większość wałów maszynowych stanowią wały schodkowe, w których średnice zmieniają się stopniowo. Sposób kształtowania zależy od względów wytrzymałościowych oraz od przewidywanego sposobu montażu. Stopniowanie średnic narastająco od środka wału (rys. 1.2b) stosuje się przeważnie wówczas, gdy korpus maszyny (urządzenia) jest dzielony, przy czym podział przebiega wzdłuż osi wału; stopniowanie średnic w jednym kierunku (rys. 1.2c) umożliwia montaż wału w otworach niedzielonych kadłubów.

Czopami nazywa się odcinki osi lub wału, których powierzchnie stykają się ze współpracującymi elementami: łożyskami, kołami zębatymi itd. Rozróżnia się czopy ruchowe i czopy spoczynkowe. Czopy ruchowe 1 (rys. 1.3) współpracują z panewkami łożysk ślizgowych, z kołami przesuwnymi lub obracającymi się względem nieruchomej osi itp., natomiast czopy spoczynkowe 2 współpracują z elementami osadzonymi na stałe względem wału i obracającymi się wraz z nim. Kształty czopów ustala się w zależności od wartości i kierunku reakcji w podporach oraz od wymagań konstrukcyjno-technologicznych. Na rys. 1.3 przedstawiono niektóre rodzaje czopów poprzecznych i wzdłużnych.


Rys. 1.4 Rodzaje czopów 1 - czopy ruchowe, 2 - czopy spoczynkowe

Jeżeli czop jest umieszczany na końcu wału lub osi to nazywamy się go czopem końcowym, a jeśli umieszczony jest w części środkowej, to wówczas nazywa się go czopem środkowym. W zależności od kierunku przenoszonych sił rozróżniamy czopy poprzeczne, wzdłużne i poprzeczno-wzdłużne.

Czopy wymagają dokładnej obróbki, dlatego ich średnice należy dobierać wg wymiarów normalnych (PN-78/M-02041). Wymiary swobodne wałów (np. średnice nie stykające się z innymi elementami) mogą być niezgodne z wymiarami normalnymi, jeżeli wpłynie to korzystnie np. na ułatwienie montażu.


Materiał zaczerpnięty z literatury [8] [9] [12]

Do góry