Co je to osa?
Hřídel je v podstatě rotační část jakéhokoli stroje s kruhovým průřezem, která se používá k přenosu energie z jedné části na druhou nebo ze stroje na výrobu energie do stroje pohlcujícího energii. Pro přenos energie je jeden konec hřídele připojen ke zdroji energie a druhý konec ke stroji. Hřídele mohou být podle potřeby plné nebo duté, přičemž duté hřídele pomáhají snižovat hmotnost a poskytují výhody.
Obecný popis osy
Hřídel je jedním z velmi důležitých prvků používaných ve strojích. Používají se k podpoře rotujících částí, jako jsou řemenice a ozubená kola. Jsou neseny ložisky umístěnými v tuhé skříni stroje. Ozubená kola a řemenice umístěné na hřídelích pomáhají přenášet pohyb.
Na hřídeli je naklínováno mnoho dalších rotačních prvků. Hřídele jsou vystaveny ohybovým momentům a kroucení v důsledku reakčních sil prvků, které nesou, a točivého momentu generovaného přenosem výkonu.
Hřídel má vždy kruhový průřez a může být dutá nebo plná. Hřídele lze klasifikovat jako klikové hřídele, lineární hřídele, kloubové hřídele nebo ohebné hřídele, ale lineární hřídele se obvykle používají k přenosu výkonu.
Hřídele jsou obvykle navrženy jako strmé válcové tyče, takže mají různé průměry po celé své délce, ačkoli hřídele s konstantním průměrem se snadno vyrábějí.
Velikost napětí ve stupňovitém hřídeli se mění s jeho délkou. Hřídele s jednotným průměrem nejsou vhodné pro demontáž, montáž, údržbu a tyto hřídele vytvářejí komplikace při upevňování na ně namontovaných dílů, zejména ložisek.
2
Typ hřídele
01
převodový hřídel
Tyto hřídele jsou stupňovité hřídele používané k přenosu energie mezi jedním zdrojem na jiný stroj, který energii absorbuje. Montuje se na stupňovitou část ozubeného kola, náboje nebo řemenice pro přenos pohybu.
Příklady: Hlavové hřídele, cívky, předlohové hřídele a všechny tovární hřídele.
obrázek
02
Mechanická osa
Tyto osy jsou umístěny uvnitř sestavy a jsou nedílnou součástí stroje.
Příklad: Klikový hřídel v motoru automobilu je hřídel stroje.
obrázek
03
hřídel nápravy
Tyto hřídele nesou rotační prvky, jako jsou kola, která mohou být namontována v pouzdrech s ložisky, ale hřídele jsou nerotační prvky. Používají se především ve vozidlech.
Příklad: nápravy v autech.
obrázek
04
Vřeteno
Jedná se o rotující části stroje, ve kterých jsou umístěny nástroje nebo pracovní prostor. Jsou to krátké hřídele používané ve strojích.
Příklad: Vřeteno v soustruhu.
obrázek
3
Materiál hřídele
Typickým materiálem pro hřídele je měkká ocel. Pokud je požadována vysoká pevnost, používají se legované oceli, jako je nikl-chromová, niklová a chrom-vanadová ocel. Vznikají válcováním za tepla a tažením za studena a broušením. Materiály obvykle používané pro konvenční hřídele jsou uhlíková ocel třídy 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Materiál použitý na hřídel by měl mít následující vlastnosti:
Materiály by měly mít vysokou pevnost;
Materiály by měly mít vysokou odolnost proti opotřebení;
Materiály by měly mít vlastnosti tepelného zpracování;
Materiály by měly mít dobré mechanické vlastnosti;
Materiál musí mít nízkou vrubovou citlivost.
4
Standardní velikost hřídele
Mechanická osa
Až 25 mm v krocích po 0,5 mm.
převodový hřídel
Standardní velikost hřídele - délka kroku;
délka kroku 25 mm až 60 mm-5 mm;
délka kroku 60 mm až 100 mm-10 mm;
délka kroku 110 mm až 140 mm-15 mm;
Kroky 140 mm až 500 mm - 20 mm.
Osy stroje jsou k dispozici ve standardních velikostech do 25 mm v krocích po 5 mm. Pro šachty jsou standardní délky 5 m, 6 m a 7 m, ale obecně to trvá 1 m až 2 m.
5
napětí v hřídeli
Napětí vyvolané v hřídeli je:
Smykové napětí v důsledku přenosu kroutícího momentu (kroutící moment v důsledku torzního zatížení);
Namáhání v ohybu, která jsou svou povahou tlaková nebo tahová, v důsledku sil působících na mechanické prvky, jako jsou řemenice a ozubená kola, a vlastní tíha hřídele;
Kombinovaná napětí způsobená ohybovým a torzním zatížením.
Maximální dovolené smykové napětí návrhového napětí je:
1. Hřídel je 56000 kN/m2 a je zde místo pro drážku pro pero.
2. Hřídel je 42000 kN/m2 bez přídavku perové drážky.
Maximální povolené ohybové napětí je:
1. Hřídel je 112 000 kN/m2 a je zde místo pro drážku pro pero.
2. Hřídel je 84000 kN/m2 bez přídavku perové drážky.
6
Výroba hřídelí
Hřídel je vyrobena procesem válcování za tepla. Pevnost hřídele je vyšší při válcování za studena ve srovnání s válcováním za tepla, ale válcování za studena způsobuje vysoká zbytková napětí, která způsobují deformaci hřídele během zpracování. Proces kování se používá k vytvoření hřídelí s větším průměrem.
Po dokončení válcování se konec hřídele zpracuje, jeden konec hřídele se namontuje na kontrolní stroj a druhý konec hřídele se podepře revolverovou hlavou soustruhu. Pro dokončení hřídele je nástroj držen na místě držákem nástroje a po zapnutí napájení začne sklíčidlo otáčet hřídelí.
Číselníkové indikátory se používají ke kontrole soustřednosti hřídele před obráběním a provádění různých operací, jako je soustružení, čelní soustružení, zapichování a soustružení kuželů v závislosti na účelu. Velkoobjemové, CNC a další aplikace jsou nejvhodnější pro finální obráběcí procesy. Lze jej obrábět i CNC oboustranným strojem s osou upnutou mezi rotaci nástroje a přípravek.
Aby bylo dosaženo soustřednosti a zaoblení, měly by rotující nástroje směřovat k sobě na středových liniích. Hnací hřídele a motory se často vyrábějí pomocí tohoto procesu.
7
Hřídelový pohon
Víme, že hřídel se používá k přenosu výkonu, takže vzorec použitý pro výpočet přenosu výkonu je: P=2πnT/60. Mezi nimi P je přenášený výkon (W); n jsou otáčky za minutu (ot/min); T je točivý moment v N·m.
Rychlost os pro různé aplikace:
1. Strojní zařízení: 100~200;
2. Dřevoobráběcí stroje: 250 ~ 700;
3. Textilní průmysl: 300~800;
4. dílna lehkých strojů: 150 ~ 300;
5. Pomocný hřídel: 200~600.
8
Konstrukce hřídele
Hřídele mohou být navrženy dvěma různými procesy na základě různých úvah o zatížení:
1. Konstrukce hřídele založená na pevnosti Hnací hřídele jsou obvykle náchylné na ohybové momenty, krouticí momenty, axiální tahy a jejich kombinace. Ložiska jsou obvykle zatěžována kombinací namáhání v krutu a ohybu.
Namáhání v tahu ložiska:
Napětí v tahu=P/A
Mezi nimi A=(π/4)xD2, D je průměr hřídele v mm.
Ohybový moment ložiska:
Napětí v ohybu=(MbxY)/I
Mezi nimi Mb=ohybový moment; Y=D/2, kde D je průměr; I=moment setrvačnosti=(πxD4)/64
Kroutící moment ložiska:
Torzní napětí=MtxR/J
Mezi nimi, Mt=točivý moment; R=D/2, kde D je průměr; J=polární moment setrvačnosti=(πxD4)/32
2. Konstrukce hřídele na základě tuhosti
O hnacím hřídeli se říká, že je tuhý na základě torzní tuhosti, pokud se hřídel příliš nekroutí.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Mezi nimi Mt=točivý moment mm v N; J=polární moment setrvačnosti=(πxD4)/32; D=průměr hřídele (mm); θ=torzní úhel; G=modul tuhosti N/mm2.
9
Výhody a nevýhody hřídelí
Výhody hřídele
Je méně pravděpodobné, že uvíznou;
Vyžadují méně údržby než řetězové systémy;
Mají vysokou torzní pevnost;
Mají vysoké hodnoty polárního momentu setrvačnosti;
Jsou velmi silné a je nepravděpodobné, že by selhaly;
Vnitřní tvar dutých hřídelí je dutý, takže vyžadují méně materiálu;
Pro stejnou hodnotu přenosu točivého momentu je dutý hřídel lehčí než plný hřídel;
Mají velmi vysoký poloměr otáčení.
Nevýhody hřídele
Mají ztrátu výkonu v důsledku uvolněné vazby;
Při otáčení vibrují;
Produkují konstantní hluk;
Vyšší náklady na výrobu a údržbu;
Obtížné na výrobu;
Změna rychlosti osy není snadná;
Dlouhé prostoje kvůli mechanickým problémům;
Kapky oleje na horních hřídelích;
Použití elastomerových spojek (jako jsou spojky s listovými pružinami) může vést ke ztrátám rychlosti mezi hřídeli;
Pokud dojde k poruše hřídele, bude oprava trvat hodně času.
