Вал — это ключевая деталь в машиностроении, представляющая собой металлический стержень, закреплённый в опорах и способный вращаться. Его основное назначение — передача вращающего момента между установленными на нём деталями. Именно эта функция принципиально отличает вал от оси, которая, имея схожую цилиндрическую форму, не передаёт крутящий момент, а лишь служит опорой для вращающихся частей. Как и ось, вал воспринимает радиальные и осевые нагрузки, передавая их на свои опоры.
Разновидности валов
Конструктивное исполнение валов весьма разнообразно, что определяет их классификацию:
1) Кривошипный вал — оснащён одним или двумя кривошипами для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
2) Коленчатый вал — содержит одно или несколько колен (коленчатых элементов) и является сердцем поршневых двигателей.
3) Кулачковый вал — имеет утолщения специальной формы (кулачки), управляющие, например, клапанами в двигателе.
4) Эксцентриковый вал — по сути, разновидность кулачкового, где роль кулачка выполняет эксцентрик, то есть деталь со смещённой осью вращения.
5) Телескопический вал — сборная конструкция из деталей, способных перемещаться друг относительно друга в осевом направлении, что позволяет изменять длину вала.
Валы могут быть сплошными или полыми, иметь шлицы, фланцы и другие технологические элементы. Отдельно стоит отметить гибкие и карданные валы, которые решают задачу передачи момента между узлами, оси вращения которых не совпадают или расположены под углом. (Справка: вращающий момент (T) — это физическая величина, характеризующая внешнее силовое воздействие, изменяющее угловую скорость вращающегося тела, и измеряется в ньютон-метрах (Н·м).)
Вал отбора мощности (ВОМ)
Это особая разновидность вала, предназначенная для отбора части мощности от двигателя (электрического, дизельного, бензинового) и передачи её на исполнительный механизм. ВОМ может соединяться с рабочим органом напрямую, как, например, в случае бесступенчатой передачи от двигателя к шпинделю станка.
Чаще используется схема с промежуточным редуктором. В этом случае ВОМ передаёт вращение на редуктор, а уже от него через другой вал (например, ходовой винт) энергия поступает к конечному механизму. Такая конструкция была характерна для многих советских станков 70-80-х годов.
Вал отбора мощности — обязательный элемент самоходной техники: автомобилей, тракторов и т.д. Здесь он, соединённый с двигателем внутреннего сгорания, через редуктор и карданный вал приводит в движение ведущие мосты и, соответственно, колёса, обеспечивая движение машины.
ВОМ также применяется на железнодорожном транспорте: тепловозах, электровозах, мотодрезинах, электропоездах и составах метрополитена. Конструкция вала в каждом случае адаптируется под специфику и мощность силовой установки.
Требования к валу отбора мощности
Ключевое требование к ВОМ — исключительная прочность и надёжность, так как он работает под значительными нагрузками, особенно крутящим моментом. Кроме того, он должен сохранять работоспособность в широком диапазоне температур, характерных для российского климата.
Поэтому для изготовления ВОМ используют специальные высококачественные сплавы, а готовые изделия проходят жёсткие испытания. Их проверяют на вибростендах в климатических камерах, моделируя экстремальные условия эксплуатации — от мороза в -70 °C до жары в +60 °C. Это гарантирует безотказную работу детали в реальных условиях.