Čo je to os?
Hriadeľ je v podstate rotačná časť akéhokoľvek stroja s kruhovým prierezom, ktorá sa používa na prenos energie z jednej časti na druhú alebo zo stroja na výrobu energie do stroja absorbujúceho energiu. Na prenos energie je jeden koniec hriadeľa pripojený k zdroju energie a druhý koniec je pripojený k stroju. Hriadele môžu byť podľa potreby plné alebo duté, pričom duté hriadele pomáhajú znižovať hmotnosť a poskytujú výhody.
Všeobecný popis osi
Hriadeľ je jedným z veľmi dôležitých prvkov používaných v strojoch. Používajú sa na podporu rotujúcich častí, ako sú remenice a ozubené kolesá. Sú podopreté ložiskami umiestnenými v pevnom kryte stroja. Ozubené kolesá a remenice umiestnené na hriadeľoch pomáhajú prenášať pohyb.
Na hriadeli je nakľúčovaných mnoho ďalších rotačných prvkov. Hriadele sú vystavené ohybovým momentom a krúteniu v dôsledku reakčných síl prvkov, ktoré nesú, a krútiaceho momentu generovaného prenosom výkonu.
Hriadeľ má vždy kruhový prierez a môže byť dutý alebo plný. Hriadele môžu byť klasifikované ako kľukové hriadele, lineárne hriadele, kĺbové hriadele alebo ohybné hriadele, ale lineárne hriadele sa zvyčajne používajú na prenos výkonu.
Hriadele sú zvyčajne konštruované ako strmé valcové tyče, takže majú rôzne priemery po celej dĺžke, hoci hriadele s konštantným priemerom sa ľahko vyrábajú.
Veľkosť napätia v stupňovitom hriadeli sa mení s jeho dĺžkou. Hriadele s jednotným priemerom nie sú vhodné na demontáž, montáž, údržbu a tieto hriadele spôsobujú komplikácie pri upevňovaní dielov na nich namontovaných, najmä ložísk.
2
Typ hriadeľa
01
prevodový hriadeľ
Tieto hriadele sú stupňovité hriadele používané na prenos energie medzi jedným zdrojom na druhý stroj, ktorý energiu absorbuje. Namontované na stupňovitej časti hriadeľa, náboja alebo remenice na prenos pohybu.
Príklady: Horné hriadele, cievky, predlohové hriadele a všetky výrobné hriadele.
obrázok
02
Mechanická os
Tieto osi sú umiestnené vo vnútri zostavy a sú neoddeliteľnou súčasťou stroja.
Príklad: Kľukový hriadeľ v motore automobilu je hriadeľ stroja.
obrázok
03
hriadeľ nápravy
Tieto hriadele nesú rotačné prvky, ako sú kolesá, ktoré môžu byť namontované v krytoch s ložiskami, ale hriadele sú nerotačné prvky. Používajú sa hlavne vo vozidlách.
Príklad: nápravy v autách.
obrázok
04
Vreteno
Sú to rotujúce časti stroja, v ktorých sú umiestnené nástroje alebo pracovný priestor. Sú to krátke hriadele používané v strojoch.
Príklad: Vreteno na sústruhu.
obrázok
3
Materiál hriadeľa
Typickým materiálom pre hriadele je mäkká oceľ. Ak sa vyžaduje vysoká pevnosť, používajú sa legované ocele ako nikel-chróm, nikel a chróm-vanádiová oceľ. Vznikajú valcovaním za tepla a ťahaním za studena a brúsením. Materiály zvyčajne používané pre bežné hriadele sú uhlíková oceľ triedy 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Materiál použitý na hriadeľ by mal mať nasledujúce vlastnosti:
Materiály by mali mať vysokú pevnosť;
Materiály by mali mať vysokú odolnosť proti opotrebovaniu;
Materiály by mali mať vlastnosti tepelného spracovania;
Materiály by mali mať dobré mechanické vlastnosti;
Materiál musí mať nízku vrubovú citlivosť.
4
Štandardná veľkosť hriadeľa
Mechanická os
Až 25 mm v krokoch po 0,5 mm.
prevodový hriadeľ
Štandardná veľkosť hriadeľa - dĺžka kroku;
dĺžka kroku 25 mm až 60 mm-5 mm;
dĺžka kroku 60 mm až 100 mm-10 mm;
dĺžka kroku 110 mm až 140 mm-15 mm;
Kroky 140 mm až 500 mm - 20 mm.
Osi stroja sú dostupné v štandardných veľkostiach do 25 mm v krokoch po 5 mm. Pre šachty sú štandardné dĺžky 5 m, 6 m a 7 m, ale zvyčajne trvá 1 m až 2 m.
5
napätie v hriadeli
Napätie vyvolané v hriadeli je:
Šmykové napätie v dôsledku prenosu krútiaceho momentu (krútiaci moment v dôsledku torzného zaťaženia);
Namáhania v ohybe, ktoré sú svojou povahou tlakové alebo ťahové, spôsobené silami pôsobiacimi na mechanické prvky, ako sú remenice a ozubené kolesá, a vlastnou tiažou hriadeľa;
Kombinované napätia spôsobené ohybovým a torzným zaťažením.
Maximálne prípustné šmykové napätie návrhového napätia je:
1. Hriadeľ je 56000 kN/m2 a je tu miesto pre drážku pre pero.
2. Hriadeľ je 42 000 kN/m2 bez prídavku perovej drážky.
Maximálne prípustné ohybové napätie je:
1. Hriadeľ je 112 000 kN/m2 a je tu miesto pre drážku pre pero.
2. Hriadeľ je 84000 kN/m2 bez prídavku perovej drážky.
6
Výroba hriadeľa
Hriadeľ je vyrobený procesom valcovania za tepla. Pevnosť hriadeľa je vyššia pri valcovaní za studena v porovnaní s valcovaním za tepla, ale valcovanie za studena spôsobuje vysoké zvyškové napätia, ktoré spôsobujú deformáciu hriadeľa počas spracovania. Proces kovania sa používa na vytváranie hriadeľov s väčším priemerom.
Po dokončení valcovania sa koniec hriadeľa spracuje, jeden koniec hriadeľa sa namontuje na kontrolný stroj a druhý koniec hriadeľa je podopretý revolverovou hlavou sústruhu. Na dokončenie hriadeľa je nástroj držaný na mieste držiakom nástroja a keď sa zapne napájanie, skľučovadlo začne otáčať hriadeľom.
Číselníkové indikátory sa používajú na kontrolu sústrednosti hriadeľa pred obrábaním a na vykonávanie rôznych operácií, ako je sústruženie, obkladanie, zapichovanie a sústruženie kužeľa v závislosti od účelu. Veľkoobjemové, CNC a iné aplikácie sú najvhodnejšie pre procesy finálneho obrábania. Dá sa opracovať aj CNC obojstranným strojom s osou upnutou medzi rotáciu nástroja a prípravok.
Aby sa dosiahla sústrednosť a kruhovitosť, rotujúce nástroje by mali smerovať k sebe na stredových čiarach. Hnacie hriadele a motory sa často vyrábajú pomocou tohto procesu.
7
Hriadeľový pohon
Vieme, že hriadeľ sa používa na prenos výkonu, takže vzorec použitý na výpočet prenosu výkonu je: P=2πnT/60. Medzi nimi P je prenášaný výkon (W); n sú otáčky za minútu (rpm); T je krútiaci moment v N·m.
Rýchlosť osí pre rôzne aplikácie:
1. Strojové vybavenie: 100~200;
2. Drevoobrábacie stroje: 250 ~ 700;
3. Textilný priemysel: 300 ~ 800;
4. dielňa ľahkých strojov: 150 ~ 300;
5. Pomocný hriadeľ: 200~600.
8
Dizajn hriadeľa
Hriadele môžu byť navrhnuté prostredníctvom dvoch rôznych procesov založených na rôznych úvahách o zaťažení:
1. Konštrukcia hriadeľa založená na pevnosti Hnacie hriadele sú zvyčajne náchylné na ohybové momenty, krútiace momenty, axiálne ťahy a ich kombinácie. Ložiská sú zvyčajne zaťažované kombináciou torzného a ohybového napätia.
Namáhanie v ťahu ložiska:
Napätie v ťahu=P/A
Medzi nimi A=(π/4)xD2, D je priemer hriadeľa v mm.
Ohybový moment ložiska:
Napätie v ohybe=(MbxY)/I
Medzi nimi Mb=ohybový moment; Y=D/2, kde D je priemer; I=moment zotrvačnosti=(πxD4)/64
Krútiaci moment ložiska:
Torzné napätie=MtxR/J
Medzi nimi Mt=krútiaci moment; R=D/2, kde D je priemer; J=polárny moment zotrvačnosti=(πxD4)/32
2. Konštrukcia hriadeľa založená na tuhosti
O hnacom hriadeli sa hovorí, že je tuhý na základe torznej tuhosti, ak sa hriadeľ príliš nekrúti.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Medzi nimi Mt=krútiaci moment mm v N; J=polárny moment zotrvačnosti=(πxD4)/32; D=priemer hriadeľa (mm); θ=torzný uhol; G=modul tuhosti N/mm2.
9
Výhody a nevýhody hriadeľov
Výhody hriadeľa
Je menej pravdepodobné, že uviaznu;
Vyžadujú menšiu údržbu ako reťazové systémy;
Majú vysokú torznú pevnosť;
Majú vysoké hodnoty polárneho momentu zotrvačnosti;
Sú veľmi silné a je nepravdepodobné, že zlyhajú;
Vnútorný tvar dutých hriadeľov je dutý, takže vyžadujú menej materiálu;
Pre rovnakú hodnotu prenosu krútiaceho momentu je dutý hriadeľ ľahší ako plný hriadeľ;
Majú veľmi veľký polomer otáčania.
Nevýhody hriadeľa
Majú stratu výkonu v dôsledku uvoľneného spojenia;
Pri otáčaní vibrujú;
Vytvárajú stály hluk;
Vyššie náklady na výrobu a údržbu;
náročné na výrobu;
Zmena rýchlosti osi nie je jednoduchá;
Dlhé prestoje v dôsledku mechanických problémov;
Kvapky oleja na horných hriadeľoch;
Použitie elastomérnych spojok (ako sú spojky s listovými pružinami) môže mať za následok straty rýchlosti medzi hriadeľmi;
Ak hriadeľ zlyhá, oprava bude trvať veľa času.
