Практически в каждой машине или механическом устройстве присутствуют вращающиеся элементы: колеса, шкивы, маховики или рычаги. Для обеспечения их вращения используются специальные детали — оси и валы. Хотя на первый взгляд они могут показаться похожими, их функции и принципы работы существенно различаются.
Что такое ось и как она работает?
Основное назначение оси — служить опорой для вращающихся деталей. Она не передает крутящий момент. Классический пример — колесные пары железнодорожного вагона. Колеса закреплены на прочных осях, которые лишь поддерживают их и позволяют катиться по рельсам, не передавая усилия от одного колеса к другому. Ось может вращаться вместе с колесом (как в вагоне) или быть неподвижной (как ось переднего колеса велосипеда). Обычно она имеет две точки опоры. Если же деталь закреплена только с одного конца, а на другом установлено колесо, она называется полуосью. Именно полуоси используются для передних управляемых колес автомобиля, что обеспечивает машине возможность совершать крутые повороты.
Назначение и виды валов
В отличие от оси, вал выполняет более сложную функцию: он не только поддерживает вращающиеся элементы, но и служит для передачи крутящего момента от одной части механизма к другой. Например, в любом двигателе установлен коренной вал, который передает движение другим узлам машины. Вал может напрямую соединять двигатель с рабочим органом, как в случае с гребным валом судна, на конце которого закреплен винт, или с валом авиационного двигателя, вращающим воздушный пропеллер.
Существуют валы, способные преобразовывать один вид движения в другой. Яркий пример — коленчатый вал в двигателе внутреннего сгорания, который превращает возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение колес. И наоборот, кулачковый вал (распредвал) преобразует собственное вращение в поступательное движение толкателей, управляющих клапанами.
Отдельную категорию составляют передаточные валы, которые служат для передачи вращения между разными частями одной машины или от одного двигателя к нескольким станкам (например, в цеховых трансмиссиях). Конструктивно валы могут быть выполнены как сплошной металлический стержень, полая труба или даже гибкий элемент. Последний вариант используется в таких инструментах, как бормашина, где роль вала играет гибкий металлический трос.
Общий элемент: опоры вращения
И оси, и валы объединяет то, что они устанавливаются в неподвижных частях механизмов с помощью опор — подшипников. Эти узлы снижают трение и обеспечивают плавное вращение. Интересно, что в конструкции современного автомобиля можно встретить практически все упомянутые разновидности осей и валов, что делает его наглядным примером применения этих ключевых деталей в машиностроении.