Материалы валов и осей

Выбор материала и термической обработки валов и осей обусловлен как их собственными критериями работоспособности, так и критериями работоспособнос­ти цапф с опорами, значение последних в случае опор скольжения может быть определяющим [1].

Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали (табл. 4) ввиду их прочности, высокого значения модуля упругости, способности к упрочнению и легкости получения требуемых цилиндрических заготовок путем прокатки.

Для валов и осей, подчиненных критерию жесткости и не подвергающихся термической обработке, преиму­щественно применяют стали марок Ст5 и Ст6. Для большинства валов применяют термически обрабатыва­емые среднеуглеродистые и легированные стали марок 45,40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали марок 40ХН, 40ХН2МА, ЗОХГТ, ЗОХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском (шлицевые валы).

Для быстроходных валов, вращающихся в подшип­никах скольжения, необходима высокая твердость цапф. Валы в этом случае изготовляют из цементуемых сталей марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ или азотируемых сталей марок 40ХН2МА, 38Х2МЮА. Наибольшую износо­стойкость имеют хромированные валы. По опыту автомобилестроения хромирование шеек коленчатых валов увеличивает ресурс до перешлифовывания в 3...5 раз.

Для валов, размеры которых обусловлены критерием жесткости, прочные термически обработанные стали целесообразно применять только в случае необходимос­ти обеспечения долговечности шлицев и других изнаши­ваемых поверхностей.

Для изготовления фасонных валов (коленчатых, с большими фланцами и отверстиями, других тяжелых валов) наряду со сталью применяют высокопрочные чугуны (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны. Меньшая прочность чугунных валов в значи­тельной степени компенсируется более совершенными формами валов (особенно коленчатых), пониженной чувствительностью чугуна к концентрации напряже­ний, меньшей чувствительностью (вследствие меньшего модуля упругости) в многоопорных валах к неточному расположению опор и меньшей дополнительной динамической нагрузкой ввиду повышенной демпфиру­ющей способности.

В качестве заготовок для стальных валов диаметром до 150 мм используют круглый прокат, для валов большего диаметра и фасонных валов – поковки.

Валы подвергают токарной обработке; посадочные поверхности шлифуют. Высоконапряженные валы шлифуют по всей поверхности.

Упрочнения.Большинство валов работает на изгиб и кручение. При таких видах нагружения напряжения в поперечном сечении увеличиваются в направлении к поверхности. На поверхности расположены основные источники концентрации напряжений, обусловленные изменением формы и шероховатостью поверхности, а также взаимодействием с сопряженными деталями.

Таблица 4