Konstrukcja wałów w i osi

Transkrypt

1 Wały y i osie

2 Konstrukcja wałów w i osi

3 Wał element maszynowy o przekroju kołowym na którym osadzone są części maszynowe wykonujące ruchy obrotowe lub wahadłowe. Służy on do przenoszenia obciążenia w postaci momentu obrotowego. Wał jest obciążony głownie momentem skręcającym i gnącym a czasami siłami wzdłużnymi. Najczęściej mocowany jest w łożyskach. Shaft is a mechanical member has circular cross-section, rotates and transmits power. It is subjected mainly to torsion, bending and sometimes to axial loads. It is supported by bearings.

4 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). Shaft carries other mechanical members such as gears, pulleys, cams, sprockets and cranks.

5 Oś element 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. Axle is a stationary member used as a support for rotating elements such as wheels, idler gears, pulleys...etc. It is loaded mainly in bending.

6 Jak odróżnić wał od osi?

7 Odcinki wałów i osi, służące do osadzania na nich innych elementów względnie osadzenia w łożyskach nazywamy czopami. czop wa czop wału (pivot)

8 Wały i osie mogą być gładkie i kształtowe. Gładkie są wtedy, gdy przekrój poprzeczny elementu zmienia się bardzo mało wzdłuż długości, kształtowe natomiast, gdy przekrój poprzeczny jest wyraźnie zmienny (dostosowany do obciążenia) wzdłuż osi geometrycznej elementu. Z drugiej strony wały i osie mogą one być pełne lub drążone, okrągłe lub profilowe itp. Inny podział to wały sztywne, półsztywne lub giętkie Osie z reguły są proste, wały zaś mogą posiadać korby lub wykorbienia. Zależnie od funkcji, jakie spełniają wały w maszynach, noszą one rożne nazwy. Wał główny, wał pomocniczy, wał pośredni, wał napędzający (czynny), wał napędzany i inne wały mogą być dwupodporowe, wielopodporowe i bardzo rzadko jedno podporowe.

9

10 Stopniowanie średnic wałów do środka wału Stopniowanie średnic wałów w jednym kierunku

11 wał giętki

12

13

14

15

16 WYRÓWNOWA WNOWAŻANIE ANIE WAŁÓW (balancing machines )

17 Niewyrównowa wnoważenie wału objawiające się występowaniem podczas ruchu obrotowego niezrównoważonych sił odśrodkowych może być przyczyną drgań wału i dodatkowych reakcji w łożyskach. Unbalance is defined as that condition which exists in a shaft when vibratory force or motion is imparted to its bearings as a result of centrifugal force.

18 główna oś bezwładności (mass axis) 2 P = m ω e e m ω środek ciężkości (centre of gravity) oś geometryczna (obrotu) oś geometryczna =główna oś bezwładności (obrotu) (mass axis) = (shaft (shaft axis) axis)

19 środek ciężkości (centre of gravity) środek obrotu osi wału (shaft axis) ω e r 2 P = m ω e

20 Niewyrównowa wnoważenie wału jest wywołane nierównomiernym rozłożeniem masy wokół osi obrotu wału i osadzonych na nim części. Przyczynami niewyrównoważenia mogą być: niesymetryczny kształt obracającego wału i osadzonych na nim części, nieuniknione błędy wykonawcze, niejednorodności materiału (pory, wtrącenia), Unbalance is caused by an uneven distribution of mass around the axis of rotation of a rotating body. This can result from many sources: the fixed causes of unbalance result from non-symmetry of design, manufacturing tolerances, material irregularities such as voids and porosity in the base material.

21 Rozróżnia się trzy rodzaje niewyrównowa wnoważenia: statyczne, dynamiczne sprzężone, dynamiczne złożone. There are three types of unbalance: static unbalance, couple unbalance, dynamic unbalance.

22 Niewyrównowa wnoważenie statyczne występuje wówczas gdy oś geometryczna (obrotu) nie pokrywa się z główną osią bezwładności (istnieje mimośrodowość e). Static unbalance arises when the principal inertia axis (mass axis) is displaced parallel to the axis of rotation. główna oś bezwładności (mass axis) e środek ciężkości (centre of gravity) oś geometryczna (obrotu) (shaft axis)

23 Niewyrównoważenie statyczne może być skompensowane poprzez dodanie albo wybranie (usuniecie) równoważnego materiału w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału. It can be compensated for by either adding or removing material equal in weight to the unbalance amount in a single plane, perpendicular to the axis of rotation. środek ciężkości (centre of gravity) m w m G w w = g m e w g e = środek obrotu osi wału (shaft axis) m k r G k g = m k m r k g m w e = m k r

24 środek ciężkości (centre of gravity) Niewyrównowa wnoważenie dynamiczne sprzęż ężone występuje wówczas gdy oś obrotu i główna oś bezwładności wału przecinają się pod pewnym kątem α, zaś niewyrównoważone masy są umiejscowione dokładnie naprzeciw siebie w płaszczyznach prostopadłych do osi obrotu. Couple unbalance exists when two equal unbalance masses are positioned exactly 180 apart in two planes perpendicular to the axis of rotation. This causes the principal axis of inertia to displace, not parallel to, but intersecting with the axis of rotation at the center of gravity (C.G.) of the part. główna oś bezwładności (mass axis) oś geometryczna (obrotu) (shaft axis) α

25 Chcąc uniknąć niebezpiecznych drgań szybkoobrotowe wały wraz ze wszystkimi elementami na nich osadzonymi należy wyważyć nie tylko statycznie, w celu usunięcia mimośrodowości e, ale także dynamicznie, w celu eliminacji momentu działającego w płaszczyźnie osi wału a pochodzącego od pary sił odśrodkowych. Potrzeba wyważenia dynamicznego wynika z schematu przedstawionego na rysunku poglądowym.

26 M główna oś bezwładności (mass axis) P RŁ P B P G α S.C 2 S.C 1 P B P G P RŁ środek ciężkości (centre of gravity) oś geometryczna (obrotu) (shaft axis)

27 Przedstawiony wał jest wyważony statycznie, bo jego środek ciężkości S.C. znajduje się na osi obrotu (mimośrodowość e = o). Podzielmy ten wał na dwie połowy płaszczyzną prostopadłą do jego osi i wyznaczmy środki ciężkości tych połówek S.C 1 i S.C 2. W czasie wirowania wału z prędkością kątową ω powstaje para sił odśrodkowych P B wywołująca moment M w płaszczyźnie osi wału. Para sił P B działa stale w tej samej płaszczyźnie wirującej z wałem.

28 Moment ten musi być zrównoważony momentem reakcji łożysk P RŁ. Moment ten może osiągnąć bardzo duże wartości wywierając dynamiczne obciążenie łożysk. Niezbędnym jest zatem wyrównoważenie dynamiczne polegające na umieszczeniu na czołowych ściankach wału przeciwciężarków w pewnej odległości od osi obrotu. Moment niewyrównoważenia równoważy się momentem pary sił P G przeciwciężarków.

29 Niewyrównowa wnoważenie dynamiczne złożone z one występuje wówczas gdy oś obrotu i główna oś bezwładności wału są zwichrowane względem siebie. Jest to najpowszechniej występujący rodzaj niewyrównoważenia. Dynamic unbalance is the combination of static and couple unbalance. It causes the principal axis of inertia to deflect from the rotational axis both non-parallel to it and not intersecting with it at the C.G. Dynamic unbalance is the most commonly occurring type of unbalance. główna oś bezwładności (mass axis) oś geometryczna (obrotu) (shaft axis) środek ciężkości (centre of gravity)

30 Wyrównoważenie dynamiczne złożone polega na umieszczeniu przeciwciężarków lub wybraniu materiału na czołowych ściankach wału o odpowiednich masach w pewnej odległości od osi obrotu. Dynamic unbalance can only be corrected in two planes by adding or removing material. główna oś bezwładności (mass axis) oś geometryczna (obrotu) (shaft axis) środek ciężkości (centre of gravity)

31 W praktyce wyrównoważenie wałów przeprowadza się na specjalnych maszynach zwanych wyważarkami.