Что такое вал редуктора: устройство, назначение и виды

Вал – одна из основных деталей любого промышленного редуктора, его назначение – передача вращения от источника механической энергии выходным элементам механизма. На них размещены зубчатые элементы, концы деталей соединяют с источником механической энергии и производственным оборудованиям. Валы обеспечивают функционирование механизма для преобразования момента и скорости.

Одноступенчатые понижающие редукторы комплектуются:

• Входным или быстроходным валом. На детали размещено входное звено, конец вала соединен непосредственно с двигателем.
• Выходным или тихоходным валом. На нем расположен выходной зубчатый элемент, деталь сопряжена с технологическим оборудованиям.

Трех- и многоступенчатые механизмы также оснащены промежуточными валами (среднескоростными), на них расположены зубчатые элементы средних ступеней, не имеющих непосредственного механического соединения с источником механической энергии и оборудованием.

Материалы для валов редукторов

В процессе работы детали испытывают различные нагрузки. Наиболее значимые из них – изгиб и скручивание, для вертикально расположенных деталей также учитывают растяжение и сжатие. Материалы для элементов промышленного редуктора выбирают по нескольким критериям, определяющим их работоспособность:

• Прочность – способность материала сопротивляться воздействию внешних сил без разрушения.
• Жесткость – способность не деформироваться под нагрузками.
• Усталость – скорость снижения прочности и жесткости при эксплуатации под влиянием нагрузок.

Валы изготавливают из следующих марок стали:

• 20, 30, 40, 45, 50 – углеродистые стали применяют в производстве деталей редукторов, рассчитанных на небольшую нагрузку, работающих на относительно малых скоростях.
• 20Х, 40Х, 40ХН, 12Х2Н4А, 40ХН2МА – из легированных хромистых, хромисто-никелевых, хромисто-никель-марганцевых сталей изготавливают валы быстроходных, средне и тяжело нагруженных редукторов.

В производстве деталей ответственных механизмов также применяют сплавы на основе титана, легированные и модифицированные чугуны высокой прочности.

Валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, и детали быстроходных механизмов подвергают термической обработке, цементированию или азотированию для увеличения твердости.

Конструкция валов

Конструкция деталей зависит от типа механизмов, вида и величины нагрузок. По этому признаку различают следующие виды валов:

• Ступенчатый. Конфигурация детали – цилиндрическая с несколькими ступенями. Участки с различными диаметрами служат для посадки зубчатых колес, подшипников, соединения с двигателем или оборудованием.
Вал-шестерня. Представляет собой деталь цилиндрической формы с зубчатым венцом. Такая конструкция обеспечивает более высокую прочность, однако диаметр зубчатого участка должен быть не более 2 (двух) диаметров гладких участков.
• Червячный. Деталь представляет собой вал с винтовой резьбой, формирующей зацепление с шестеренкой. Применяется в червячных редукторах.
• Эксцентриковый. Деталь с несовпадающими осями вращения. Эксцентриковые валы используют в планетарных редукторах.
• Полый. Такую конструкцию имеют выходные валы редукторов с насадным креплением.
• Торсионные. Деталь изготавливается из материалов с невысокой крутильной жесткостью. Торсионные валы используют для компенсации несовпадения профиля зацепления зубьев в тяжело нагруженных редукторах.

Наиболее распространенная форма валов промышленных редукторов – ступенчатая. Зубчатые колеса посажены с натягом методом запрессовки или при помощи шлицевого соединения. Шпоночное крепление используют реже, в основном в маломощных редукторах.

Конструкцию, диаметр, материал детали выбирают исходя из назначения (тихоходный, быстроходный, промежуточный), длины консольной части, кинематической схемы, передаваемой мощности, метода сопряжения с валом двигателя, типа зацепления, применяемых подшипников, вида предполагаемых нагрузок.

Конструирование валов редуктора – типовая инженерная задача, конфигурацию, размеры, материалы для деталей рассчитывают по стандартной методике.

Возможное расположение валов редуктора относительно друг друга

Детали агрегатов для передачи и преобразования механической энергии могут располагаться следующим образом:

• На одной оси. Такое расположение валов встречается у цилиндрических и планетарных механизмов.
• На параллельных осях. Параллельное расположение деталей обычно бывает в двух-, многоступенчатых цилиндрических и комбинированных редукторах.
• На скрещивающихся осях. Оси валов пересекаются у конических, червячных, комбинированных механизмов.

Итак, вал – главный элемент редуктора, при помощи которого передается крутящий момент от двигателя к передаточным звеньям и промышленному оборудованию. Конструкция детали определяется нагрузкой, техническими характеристиками и типом механизма.