Võll

Võllide arvutus

Võllide tugevusarvutusel peetakse silmas painde- ja väändemomentide üheaegset mõjumist märkimuutva koormuse juures. Võlle koormavad ülekantavad pöördemomendid, võllile kinnitatud detailide mass, võllide omakaal ning ülekannete töötamisel tekkivad jõud. Võlli arvutamiseks peab teadma selle konstruktsiooni, tugede paigutust, koormuste rakenduskohti jne. Kuid võlli konstruktsioon oleneb omakorda võlli läbimõõdust. Seepärast tehakse kõigepealt võlli esialgne arvutus. Esialgu arvestatakse ainult väänet ning kasutatakse vähendatud lubatavaid pingeid.
τₘₐₓ=≤[τᵥ] ,

Töövõime kriteeriumid

Võllides ja telgedes on põhilisteks jõufaktoriteks painde- ja väändemomendid. Tõmbe ja survejõud on tavaliselt väikesed.
Võllides ja pöörlevates telgedes toimivad tsükliliselt muutuvad enemasti vahelduva märgiga pinged. Neile lisandub püsiv pingekomponent võlliga kaasapöörlevast koormusest. Põhiliseks töövõime kriteeriumiks võibki pidada väsimustugevust ning seejärel jäikust.
Aeglaselt pöörlevate või lühiajaliselt töötavate võllide puhul saab määravaks staatiline tugevus. Seda aga juhul, kui pingetsüklite arv ei kujune väsimusohtlikuks ning väsimuspragu ei jõuagi tekkida kogu masina kasutusaja jooksul. Statistiliste andmete põhjal on selgunud, et rohkem kui 40% raudteevagunite telgedest praagitakse välja väsimuspragude ilmumise tõttu, 40% kaelte kulumise tõttu.
Siiski ei saa määrata üldmasinaehituses kahel kolmandikul juhtumitest võlli mõõtmeid tugevuskriteeriumitest lähtudes, vaid võetakse aluseks kaasdetailide mõõtmed, laagrite kulumiskindlus ja koostu jäikus. Jäikust hinnatakse tugevusõpetuse meetoditega arvutatud läbipainde suuruse järgi kohtades, kuhu on võllile istatud detail, aga ka ristlõike pöördenurga järgi tappide kohal. Väändejäikust näitab väändenurk võlli pikkusühiku kohta. Isegi raskemasinaehituses, aga ka autotööstuses ja raudteeveeremite valmistamisel, kus koormus võllidele on suur, ei määrata pooltel juhtudel võllide mõõtmeid tugevuskriteeriumist lähtudes.
Juhul kui määravaks saab jäikus või vibrokindlus, on tugevust enamasti piisavalt selleks, et võllide konstrueerimisel teha siirdmikud tehnoloogiliste lihvkäia ja tera väljajooksusoontega.

Võllide ja telgede materjalid

Ilma termilise töötlemiseta on võllide ja telgede materjalina Venemaa klassifikatsiooni järgi kasutusel terased Ct5 ja Ct6. Termiliselt töödeldud võllide jaoks kasutatakse teraseid 45, 40X jt. Vastutusrikaste masinate raskelt koormatud võllid tehakse legeerterasest 40XH (HN), 40XH2MA (40HN2MA), 30ΓT (GT), 30XΓCA (HGSA) koos kuluvate pindade vastava termilise töötlemisega, sageli kõrgsagedusväljas pinnakarastamisega aga ka tsementeerimisega või nitreerimisega.
Kallid kõrgtugevad materjalid ei oma enamasti eeliseid, kui töövõime kriteeriumiks on vaid jäikus.
Liugelaagrites töötavad kiirekäigulised võllid valmistatakse terasest 20, 20X (H), 12XH3A (12HN3A) ning nende tapid tsementeeritakse ja karastatakse, et tõsta pinnakõvadust ja kulumiskindlust. Nitreerimiseks sobib teras 38X2HЮA (30HJuA).
Autotööstuse andmetel suurendab väntvõlli kaelte kroomimine nende ressurssi 3...5 korda.
Suuri võlle on otstarbekas teha torust koos keevitatud ääristega või lehtmaterjalist koorikvõllidena. Metalli sääst on siis 20...40%.
Võllid ja teljed töödeldakse treipinkidel järgneva tappide ja istupindade lihvimisega (pinnakaredus Ra=0,16...0,32 μm). Tugevalt koormatud võllid lihvitakse kogu ulatuses. Liugelaagrite tappide pinnakaredus Ra=0,1...0,16 μm.
Malm ei ole tundlik väliste pingekontsentraatorite suhtes, sest malm on oma struktuurilt ise mulliline ja täis sisemisi pingekontsentraatoreid. Kujuvõlle (väntvõllid, nukkvõllid) tehakse kõrgtugevusega (kerakujulise grafiidiga) ja modifitseeritud malmist valanditena. Malmi kasutatakse võllides ja telgedes siiski harva, näiteks automootorite väntvõllid, kuigi malmi eeliseks on otstarbeka kuju saamise lihtsus.