Qual è l'asse. Albero: caratteristiche costruttive, classificazione e produzione

In precedenza, abbiamo parlato degli ingranaggi come un unico meccanismo completo e abbiamo anche considerato gli elementi che sono direttamente coinvolti nel trasferimento del movimento da un collegamento all'altro del meccanismo. In questo argomento verranno presentati gli elementi destinati al fissaggio di parti del meccanismo che sono direttamente coinvolte nella trasmissione del moto (pulegge, ruote dentate, ingranaggi e ruote a vite senza fine, ecc.). In definitiva, la qualità del meccanismo, la sua efficienza, le prestazioni e la durata dipendono in gran parte dai dettagli che verranno discussi in futuro. Alberi e assi sono il primo di tali elementi del meccanismo.

Lancia(Fig. 17) - una parte di una macchina o meccanismo progettato per trasmettere coppia o coppia lungo la sua linea centrale. La maggior parte degli alberi sono parti rotanti (in movimento) di meccanismi; le parti che sono direttamente coinvolte nella trasmissione della coppia (ingranaggi, pulegge, pignoni della catena, ecc.) sono solitamente fissate su di essi.

Asse(Fig. 18) - una parte di una macchina o meccanismo progettato per supportare parti rotanti e non coinvolti nella trasmissione di coppia o coppia. L'asse può essere mobile (rotante, Fig. 18, a) o fisso (Fig. 18, b).

Classificazione albero e asse:

1. Secondo la forma dell'asse geometrico longitudinale:

1.1.dritto(asse geometrico longitudinale - una linea retta), ad esempio alberi del cambio, alberi del cambio di veicoli cingolati e su ruote;

1.2. a gomito(l'asse geometrico longitudinale è diviso in più segmenti, paralleli tra loro, spostati l'uno rispetto all'altro nella direzione radiale), ad esempio l'albero a gomiti di un motore a combustione interna;

1.3. flessibile(l'asse geometrico longitudinale è una linea di curvatura variabile, che può cambiare durante il funzionamento del meccanismo o durante le attività di montaggio e smontaggio), sono spesso utilizzati nella guida di un tachimetro per auto.

2. Per scopo funzionale:

2.1. alberi degli ingranaggi, portano elementi che trasmettono coppia (ruote dentate o elicoidali, pulegge, pignoni, giunti, ecc.) e sono per lo più dotati di parti terminali che sporgono oltre le dimensioni della sede del meccanismo;

2.2. alberi di trasmissione progettato, di norma, per distribuire la potenza di una fonte a più consumatori;

2.3. alberi principali- gli alberi che portano i corpi di lavoro degli attuatori (si chiamano gli alberi principali delle macchine utensili che portano il pezzo o l'utensile mandrini).

3. Alberi diritti in termini di design e superficie esterna:

3.1. liscio gli alberi hanno lo stesso diametro per tutta la lunghezza;

3.2. fatto un passo gli alberi si distinguono per la presenza di sezioni di diametro diverso l'una dall'altra;

3.3. vuoto gli alberi sono provvisti di un foro passante o cieco, coassiale alla superficie esterna dell'albero ed estendentesi per la maggior parte della lunghezza dell'albero;

3.4. scanalato gli alberi lungo la superficie cilindrica esterna presentano sporgenze longitudinali - scanalature, uniformemente distanziate attorno alla circonferenza e progettate per trasferire il carico di coppia da o verso le parti direttamente coinvolte nella trasmissione della coppia;

3.5. alberi combinati con elementi direttamente coinvolti nella trasmissione della coppia (albero del pignone, albero della vite senza fine).

Elementi strutturali di pozzi sono presentati in fig. 19.

Parti di supporto vengono chiamati alberi e assi, attraverso i quali i carichi che agiscono su di essi vengono trasferiti alle parti del corpo perni. Di solito viene chiamato il perno situato nella parte centrale dell'albero collo. Viene chiamato il perno di estremità dell'albero, che trasmette alle parti del corpo solo un carico radiale o un carico radiale e assiale contemporaneamente spina, e viene chiamato il perno di estremità, che trasmette solo il carico assiale quinto. Elementi delle parti del corpo interagiscono con i perni dell'albero, fornendo la possibilità di rotazione dell'albero, mantenendolo nella posizione necessaria per il normale funzionamento e percependo il carico dall'albero. Di conseguenza, vengono chiamati gli elementi che percepiscono il carico radiale (e spesso insieme a quello radiale e assiale). cuscinetti, ed elementi destinati alla percezione del solo carico assiale - cuscinetti reggispinta.

Viene chiamato un ispessimento anulare di un albero di piccola lunghezza, che è tutt'uno con esso ed è progettato per limitare il movimento assiale dell'albero stesso o delle parti su di esso montate perlina.

Viene chiamata la superficie di transizione dal diametro minore dell'albero a quello maggiore, che serve a sostenere le parti montate sull'albero spalla.

Viene chiamata la superficie di transizione dalla parte cilindrica dell'albero allo spallamento, realizzata senza rimuovere materiale dalle superfici cilindriche e terminali (Fig. 20. b, c). filetto. Il raccordo ha lo scopo di ridurre la concentrazione di sollecitazioni nella zona di transizione, che a sua volta porta ad un aumento della resistenza a fatica dell'albero. Molto spesso, il raccordo è realizzato sotto forma di una superficie del raggio (Fig. 20. b), tuttavia, in alcuni casi, il raccordo può essere realizzato sotto forma di una superficie a doppia curvatura variabile (Fig. 20. c) . Quest'ultima forma del raccordo fornisce la massima riduzione della concentrazione delle sollecitazioni, tuttavia richiede uno smusso speciale da realizzare nel foro della parte montata.

Viene chiamata una rientranza di piccola entità sulla superficie cilindrica dell'albero, realizzata lungo il raggio rispetto all'asse dell'albero scanalatura(Fig. 20, a, d, f). La scanalatura, così come il raccordo, è molto spesso utilizzata per formare il passaggio dalla superficie cilindrica dell'albero alla superficie terminale del suo spallamento. La presenza di una scanalatura in questo caso fornisce condizioni favorevoli per la formazione di superfici di alloggiamento cilindriche, poiché la scanalatura è uno spazio per l'uscita di un utensile che forma una superficie cilindrica durante la lavorazione (fresa, mola). Tuttavia, la scanalatura non esclude la possibilità della formazione di un gradino sulla superficie di estremità della spalla.

Viene chiamata una rientranza di piccola entità sulla superficie terminale dello spallamento dell'albero, realizzata lungo l'asse dell'albero sottosquadro(Fig. 20, e). Il sottosquadro fornisce condizioni favorevoli per la formazione della superficie di appoggio terminale della spalla, in quanto è lo spazio per l'uscita dell'utensile che forma tale superficie durante la lavorazione (fresa, mola), ma non esclude la possibilità della formazione di un gradino sulla superficie cilindrica dell'albero durante la sua lavorazione finale.

Entrambi questi problemi vengono risolti introducendo nella progettazione dell'albero solco obliquo(Fig. 20, f), che combina i vantaggi sia di una scanalatura cilindrica che di un sottosquadro.

Riso. 21. Varietà di configurazione del perno di articolazione

I perni dell'albero possono assumere la forma di vari corpi di rivoluzione (Fig. 21): cilindrico, conico o sferico. I colli e le punte si esibiscono più spesso a forma di cilindro(Fig. 21, a, b). I perni di questa forma sono tecnologicamente abbastanza avanzati nella produzione e riparazione e sono ampiamente utilizzati sia con cuscinetti a strisciamento che con cuscinetti volventi. A forma conica eseguire i perni di estremità (spine, Fig. 21, c) degli alberi, lavorando, di regola, con cuscinetti a strisciamento, in modo da fornire la possibilità di regolare lo spazio e fissare la posizione assiale dell'albero. I prigionieri conici forniscono un fissaggio più preciso degli alberi nella direzione radiale, riducendo l'eccentricità dell'albero alle alte velocità. Lo svantaggio dei prigionieri conici è la tendenza a incepparsi durante l'espansione termica (aumento della lunghezza) dell'albero.

Perni sferici(Fig. 21, d) compensa bene il disallineamento dei cuscinetti e riduce anche l'effetto della flessione dell'albero sotto l'azione dei carichi di lavoro sul funzionamento dei cuscinetti. Lo svantaggio principale dei perni sferici è la maggiore complessità del design del cuscinetto, che aumenta i costi di produzione e riparazione dell'albero e del relativo cuscinetto.

I talloni (Fig. 22) in base alla forma e al numero di superfici di attrito possono essere suddivisi in solido, squillo, a forma di pettine e segmentale.

tacco solido(Fig. 22, a) è il più facile da produrre, ma è caratterizzato da una significativa distribuzione irregolare della pressione sull'area del cuscinetto del tallone, una difficile rimozione dei prodotti di usura da parte dei fluidi lubrificanti e un'usura notevolmente irregolare.

Tacco ad anello(Fig. 22, b) da questo punto di vista è più favorevole, sebbene un po' più difficile da produrre. Quando il lubrificante viene fornito alla regione parassiale, il suo flusso si muove lungo la superficie di attrito in direzione radiale, cioè perpendicolare alla direzione di scorrimento, e quindi schiaccia le superfici di sfregamento l'una dall'altra, creando condizioni favorevoli per lo scorrimento relativo delle superfici .

Riso. 22. Alcune forme di tacchi.

Tacco segmentato può essere ottenuto dall'anulare applicando alla superficie di lavoro di quest'ultimo diverse scanalature radiali poco profonde, disposte simmetricamente a cerchio. Le condizioni di attrito in un tale tallone sono ancora più favorevoli di quelle sopra descritte. La presenza di scanalature radiali contribuisce alla formazione di un cuneo liquido tra le superfici di sfregamento, che porta alla loro separazione a basse velocità di scorrimento.

Tacco a pettine(Fig. 22, c) ha diverse cinghie di supporto ed è progettato per assorbire carichi assiali significativi, ma in questo modello è abbastanza difficile garantire una distribuzione uniforme del carico tra le creste (è richiesta un'elevata precisione di fabbricazione, sia il tallone stesso che il cuscinetto reggispinta). Anche l'assemblaggio di nodi con tali cuscinetti reggispinta è piuttosto complicato.

Le estremità di uscita degli alberi (Fig. 923) di solito hanno cilindrico o forma conica e sono dotati di scanalature o scanalature per la trasmissione della coppia.

Le estremità dell'albero cilindrico sono più facili da produrre e sono particolarmente preferite per le scanalature. Le estremità coniche centrano meglio le parti montate su di esse e sono quindi preferite per alberi ad alta velocità.

ALBERI E ASSI

Informazioni di base

Le parti su cui sono montate le parti rotanti delle macchine (ad esempio pulegge, ingranaggi) sono chiamate alberi e assi. Distinguere alberi e assi secondo le condizioni di carico:

· gli alberi trasmettono la coppia lungo il suo asse di rotazione e subire sollecitazioni di flessione, compressione, trazione e torsione;

· gli assi non trasmettono coppia e sono caricati solo da sollecitazioni flettenti.

Gli alberi e gli assi hanno forme simili e una funzione comune: supportare le parti montate su di essi (la classificazione degli alberi è presentata nella Tabella 1.1).

Tabella 1.1

Classificazioni degli alberi

Va notato che gli alberi lisci sono più lavorabili degli alberi a gradini e che a volte alberi e assi sono cavi sia per ridurre il peso che per installare altre parti rotanti all'interno dell'albero. albero cavo con un rapporto tra il diametro del foro interno e il diametro esterno dell'albero, pari a 0,75, più leggero di un solido albero di uguale resistenza di quasi 2 volte.

Nella produzione di massa, vengono talvolta utilizzati alberi cavi saldati realizzati con nastro d'acciaio avvolto lungo un'elica. Allo stesso tempo, viene risparmiato fino al 60% di metallo.

In base alla progettazione, gli assi sono divisi in 2 gruppi principali:

1) assi mobili , ruotando nei supporti insieme alle parti su di essi montate (Fig. 1.1, a);

2) assi fissi , fungendo da supporto per le parti che ruotano su di esse (Fig. 1.1, b).

Riso. 1.1. Esempi di modelli di assali:

un - asse mobile; b - asse fisso

Gli assi e gli alberi sono generalmente progettati sotto forma di barre costituite da un numero di sezioni cilindriche di vari diametri. Le parti montate su assi e alberi sono fissate con chiavi o scanalature. Nella direzione assiale, le parti sono fissate rispetto agli alberi e agli assi con l'aiuto di anelli distanziatori (o boccole), nonché per la presenza di collari e spalle sugli alberi.

Albero a gradini o asse è determinato anche dal desiderio di avvicinare i loro contorni alla forma di una trave di uguale resistenza alla flessione. Una trave di uguale resistenza alla flessione è chiamata trave, in tutte le sezioni trasversali le cui maggiori sollecitazioni di flessione sono le stesse. Tale barra di sezione circolare ha la forma di un paraboloide cubico lungo il suo asse.

Tuttavia, è molto difficile realizzare una barra avente la forma di un paraboloide cubico, e questa forma è scomoda per il montaggio delle parti ad essa associate sull'albero. Pertanto, l'albero (asse) è costituito da sezioni cilindriche e coniche di diverso diametro (Fig. 1.2). Questo viene fatto in modo che il materiale dell'albero venga caricato il più uniformemente possibile per tutto il suo volume.

Riso. 1.2. Esempio di progettazione dell'albero a gradini

Gli assi e gli alberi sono supportati da parti di cuscinetti fisse: cuscinetti e cuscinetti reggispinta. Si chiamano le sezioni di assi e alberi che sono a diretto contatto con i supporti perni . Vengono chiamati i pin finali a spillo , e i perni intermedi - colli . Si chiamano le estremità che si attestano contro un supporto fisso e impediscono lo spostamento assiale dell'albero (asse). tacchi. Possono essere piatte, sferiche o coniche.

Viene chiamata la differenza tra due sezioni adiacenti dell'albero fare un passo , Per esempio: uno dei gradini dell'albero– diametro gambo d e un'area adiacente di diametro D (vedi fig. 1.2). La dimensione minima del gradino è di 2...3 mm per lato, cioè differenza di raggio. Tuttavia, i diametri D e d deve essere coerente con le normali dimensioni lineari secondo GOST 6636-69.

Vengono chiamate le superfici terminali dei gradini dell'albero (assi). le spalle . La differenza tra i diametri delle sezioni cilindriche adiacenti dell'albero (asse) dovrebbe fornire dimensioni sufficienti delle spalle per il fissaggio assiale delle parti rotanti montate sull'albero (asse).

La coniugazione di due sezioni adiacenti dello stadio dell'albero (asse), chiamato filetto , è desiderabile eseguire attraverso una transizione graduale dell'arco raggio più ampio possibile. Il raggio del raccordo è generalmente preso nell'intervallo da 0,05. d prima 0.10. d (vedi fig. 1.2).

Il raccordo riduce la concentrazione delle sollecitazioni nel passaggio da un diametro dell'albero all'altro . Ciò è particolarmente importante per carichi variabili sull'albero.

Riso. 1.3. Tipi di filetti sui gradini dell'albero:

un - raggio costante; b - due raggi;

in - a raggio costante e con gola che scarica la concentrazione delle sollecitazioni; G - con sottosquadro nella spalla dell'albero

Il passaggio da un diametro dell'albero all'altro, realizzato secondo la Fig. 1.4, un, è irrazionale, poiché il sottosquadro è un forte concentratore di stress. L'influenza del sottosquadro può essere in qualche modo mitigata eseguendo secondo la Fig. 1.4 b.

Riso. 1.4. Scanalature sull'albero: un - senza filetti ; b - arrotondato

La progettazione di alberi e assi è determinata dalle condizioni del loro funzionamento. In un certo numero di macchine agricole vengono utilizzati alberi composti lunghi (fino a 20 m) per trasmettere la coppia. Tali alberi sono chiamati trasmissione. Utilizzato in motori alternativi e compressori alberi a gomiti, avendo un asse di rotazione spezzato.

Per trasmettere la coppia tra unità con assi spazialmente spostati degli alberi di ingresso e di uscita, vengono utilizzati alberi flessibili che hanno un asse geometrico curvilineo durante il funzionamento. Questi alberi hanno un'elevata rigidità torsionale e una bassa rigidità alla flessione. Un esempio è l'albero flessibile di un trapano in odontoiatria.

Alberi e assi .

Scopo, design e materiali di alberi e assi

Un albero è una parte (solitamente di forma cilindrica liscia oa gradini) progettata per supportare pulegge, ingranaggi, ruote dentate, rulli, ecc. installati su di esso e per trasmettere la coppia.

Durante il funzionamento, l'albero subisce flessione e torsione e in alcuni casi, oltre a flessione e torsione, gli alberi possono subire una deformazione a trazione (compressione).

Alcuni alberi non supportano parti rotanti e funzionano solo in torsione.

Lancia 1 (fig.1) ha dei supporti 2, chiamati cuscinetti. La parte dell'albero coperta dal supporto è chiamata perno di articolazione. I perni terminali sono chiamati punte 3, e intermedio - colli 4.

Fig. 1. Albero dritto:1 - lancia;2 - supporti per alberi;3 - spille;4 - collo

Un asse è una parte destinata solo a mantenere i baffi.dettagli su di esso.

A differenza dell'albero, l'asse non trasmette coppia e lavora solo in flessione. Nelle macchine, gli assi possono essere fissi oppure possono ruotare con le parti appoggiate su di essi (assi mobili).

I concetti di "asse della ruota" non devono essere confusi, questo è un dettaglio e "asse di rotazione", questa è una linea geometrica dei centri di rotazione.

Fig.2. Disegni dell'asse:
un - asse rotante;b - asse fisso

Le forme di alberi e assi sono molto diverse, dai cilindri più semplici alle complesse strutture a gomito. Sono noti i progetti di alberi flessibili, proposti dall'ingegnere svedese Carl de Laval nel 1889.

La forma di un albero è determinata dalla distribuzione della flessione e della coppia lungo la sua lunghezza. Un albero correttamente progettato è un raggio di uguale resistenza. Gli alberi e gli assi ruotano e, pertanto, subiscono carichi, sollecitazioni e deformazioni alternati (Fig. 3). Pertanto, i guasti di alberi e assi sono di natura a fatica.

Riso. 3. Oscillazioni delle sollecitazioni flettenti dell'asse delle sale montate in movimento

un - a bassa velocità;b - a velocità operativa

Classificazione di alberi e assi

Di proposito, gli alberi sono divisi in alberi degli ingranaggi (su di essi sono installate parti di ingranaggi) e alberi principali (i corpi di lavoro della macchina sono inoltre installati su di essi).

Fig.4. Tipi di alberi:un - albero motore:b - albero a gomiti;in - albero flessibile;

G - asta telescopica;d - albero cardanico

La forma degli alberi e degli assi è varia e dipende dalle funzioni che svolgono. A volte, gli alberi sono realizzati insieme ad altre parti, come ingranaggi, manovelle, eccentrici.

A seconda della forma geometrica, gli alberi sono suddivisi in: rette (vedi Fig. 1); manovella (fig.4, un); a gomito (fig.4, b); flessibile (fig.4, in); telescopico (fig.4, G); cardano (fig. 4, e). Gli alberi a gomiti e gli alberi a gomiti vengono utilizzati per convertire il moto alternativo in rotatorio (motori a pistoni) o viceversa (compressori); flessibile - per trasferire la coppia tra i nodi della macchina che cambiano la loro posizione nel lavoro (meccanismi edilizi, macchine odontoiatriche, ecc.); telescopico - se necessario, movimento assiale di un albero rispetto all'altro.

Gli alberi flessibili sono realizzati avvolgendo un filo di acciaio per molle su una sottile asta centrale. Mantengono una flessibilità sufficiente solo con piccoli diametri, poiché con un aumento del diametro, il momento d'inerzia della sezione e, di conseguenza, la rigidità aumenta bruscamente.Pertanto, con tutte le qualità positive e la comodità dell'azionamento, tali alberi non possono trasmettere qualsiasi potenza significativa e hanno un'applicazione relativamente ristretta.

Gli assi sono generalmente dritti. I più utilizzati nell'ingegneria meccanica sono gli alberi e gli assi diritti. Gli alberi a gomiti e gli alberi a gomiti sono parti speciali e non sono trattati in questo corso.

Per caratteristiche progettuali: alberi e assi lisci (vedi Fig. 2); alberi e assi a gradini (vedi Fig. 1); alberi degli ingranaggi ; alberi a vite senza fine .

Per il fissaggio assiale di parti su un albero o un asse, vengono utilizzate le sporgenze , flange, sezioni coniche, anelli di ritegno, distanziali, che possono essere montati in un set con altre parti.

Gli alberi a gradini sono i più convenienti per l'assemblaggio delle unità: le sporgenze proteggono le parti dallo spostamento assiale e ne fissano le posizioni durante l'assemblaggio, forniscono il libero movimento della parte lungo l'albero fino al punto di atterraggio. È auspicabile che l'altezza delle sporgenze consenta lo smontaggio dell'assieme senza rimuovere le chiavi dall'albero. I diametri dei sedili devono essere realizzati secondo GOST 6636-69, poiché esistono calibri prodotti in serie per questi diametri.

Per garantire la necessaria rotazione delle parti insieme all'asse o all'albero, vengono utilizzate chiavette, scanalature, perni, sezioni del profilo degli alberi e accoppiamenti con interferenza.

A seconda del tipo di sezione, alberi e assi sono; solido (vedi Fig.2, un); cavo (vedi Fig.2, b); combinato (Fig. 4, G). L'utilizzo di alberi cavi comporta una notevole riduzione di peso e un aumento della rigidità dell'albero a parità di resistenza, ma la fabbricazione di alberi cavi è più complicata di quelli pieni. Vengono realizzati alberi cavi e in quei casi in cui un'altra parte viene fatta passare attraverso l'albero, viene fornito olio.

Trame 1 assi e alberi (Fig. 5), con i quali essi affidarsi ai cuscinetti nella percezione dei carichi assiali, chiamati tacchi. I talloni servono da supporto per i talloni 2. Le superfici di alloggiamento degli alberi e degli assi sotto i mozzi delle parti montate sono chiamate perni di articolazione e sono cilindriche, coniche o sferiche (Fig. 6). In questo caso, è consuetudine chiamare i colli dei perni intermedi, i perni terminali - punte. I perni cilindrici sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria meccanica; perni conici e sferici sono usati raramente.

Riso. 5. Supporto verticalelancia:1 - tacco;2 - cuscinetto reggispinta

Riso. 6. Perni:cilindrico -un ; conico -b ; sfera -in

Si eseguono sezioni di transizione tra due diametri: 1) con raccordo di raggio costante; 2) con un raccordo di raggio variabile . Questo filetto riduce la concentrazione di stress e aumenta la durata. Viene utilizzato su sezioni di alberi e assi molto caricati.

Varietà costruttive di sezioni di transizione tra i gradini degli alberi e degli assi: scanalatura con arrotondamento per l'uscita della mola (Fig. 7, un); filetto raggio costante (Fig. 7, b); filetto raggio variabile (Fig. 7, in).

Fig.7. Varietà costruttive di sezioni di transizione dell'albero:un - scanalatura;b - filetto;

in - filetto di raggio variabile;G - smusso

Le estremità degli alberi e degli assi sono realizzate con smussato, cioè macinarli leggermente alla fine (vedi Fig. 7, anno Domini). Le superfici di appoggio degli alberi e degli assi vengono lavorate su macchine di tornitura e rettifica.

Le spalle degli alberi e degli assi impediscono lo spostamento in una sola direzione. In caso di un possibile spostamento assiale in senso opposto, per escluderlo vengono utilizzati dadi, perni, viti di bloccaggio, ecc.. Le estremità degli alberi per l'installazione di giunti, pulegge e altri organi che trasmettono le coppie sono cilindriche o coniche, e le loro dimensioni sono standardizzate. Per installare le chiavi, l'albero è dotato di una scanalatura .

Materiali dell'albero e dell'asse

I criteri principali per le prestazioni di alberi e assali sono la rigidità, la resistenza all'ingombro e la resistenza all'usura con relativi microspostamenti che provocano corrosione.

Come materiale per assali e alberi, vengono spesso utilizzati acciai al carbonio e legati (prodotti laminati, forgiati e meno spesso getti di acciaio), poiché hanno un'elevata resistenza, la capacità di indurire in superficie e in volume, le billette cilindriche sono facilmente ottenute mediante laminazione e sono ben lavorati, e anche ghisa modificata ad alta resistenza e leghe di metalli non ferrosi (nella strumentazione). Per strutture irresponsabili a basso carico di alberi e assi, vengono utilizzati acciai al carbonio senza trattamento termico. Gli alberi responsabili con carichi pesanti sono realizzati in acciaio legato 40KhNMA, 25KhGT, ecc. Senza trattamento termico, vengono utilizzati acciai 35 e 40, St5, Stb, 40X, 40KhN, ZOKHNZA, con trattamento termico - acciai 45, 50, ecc.

I perni d'albero, che lavorano per attrito nei cuscinetti a strisciamento, devono avere una superficie più dura (HRC=50-60), che può essere ottenuta mediante tempra TBCh o cementazione e tempra.

Con piccoli diametri di ingranaggi, l'albero e l'ingranaggio sono realizzati in un unico pezzo. In questo caso, il materiale per la fabbricazione dell'albero dell'ingranaggio viene selezionato in base ai requisiti per il materiale dell'ingranaggio.

Gli alberi sono generalmente lavorati in centri, per i quali gli alberi grezzi sono dotati di fori centrali. È desiderabile avere scanalature, raccordi, scanalature su un albero della stessa dimensione per poterli elaborare con lo stesso utensile.

Nell'industria automobilistica e dei trattori, gli alberi a gomiti dei motori sono realizzati in ghisa malleabile o sferoidale.

Criteri di prestazione e calcolo di alberi e assi

A durante il funzionamento, gli alberi e gli assi subiscono carichi costanti o variabili in grandezza e direzione. La resistenza di alberi e assi è determinata dall'entità e dalla natura delle sollecitazioni che si verificano in essi sotto l'azione dei carichi. I carichi che sono costanti in grandezza e direzione causano sollecitazioni costanti negli assi fissi e variabili negli assi (e negli alberi) rotanti.

Una caratteristica degli alberi è che operano sotto flessione ciclica del ciclo simmetrico più pericoloso, che si verifica a causa del fatto che l'albero, mentre ruota, ruota ai carichi di flessione agenti da un lato o dall'altro. Quando si progetta un albero, è necessario prestare molta attenzione per selezionare la forma corretta dell'albero per evitare concentrazioni di sollecitazioni nei punti di transizione che possono essere causate da un cedimento per fatica. A tal fine, evitare:

a) brusche transizioni di sezioni;

b) scanalature e piccoli raggi di arrotondamento;

c) fori non circolari;

d) trattamento superficiale ruvido.

Per valutare la corretta scelta della forma geometrica dell'albero, viene utilizzata un'analogia idraulica, che dice: "Se il contorno della parte è immaginato come un tubo in cui si muove il fluido, allora dove il flusso è turbolento, si verificherà una concentrazione di sollecitazioni ."

Le cause dei guasti di alberi e assali possono essere rintracciate in tutte le fasi della loro "vita".

In fase di progettazione: scelta errata della forma, valutazione errata dei concentratori di stress.

Nella fase di produzione: tagli, intaccature, ammaccature dovute a una manipolazione incauta.

Nella fase operativa - regolazione errata dei gruppi di cuscinetti.

Affinché l'albero o l'asse funzionino, è necessario garantire:

Bulk force (capacità di resistere M izg e M freddo);

Resistenza superficiale (soprattutto alle giunzioni con altre parti);

rigidità alla flessione;

Rigidità torsionale (soprattutto per alberi lunghi).

Tutti gli alberi deve essere calcolato per forza alla rinfusa.

Da quanto precede ne consegue che, a seconda della natura delle sollecitazioni che si producono negli alberi e negli assi, sono possibili due casi di calcolo per la resistenza: per la resistenza statica e per la resistenza a fatica.

Gli alberi e gli assi sono principalmente testati tensioni cicliche. Ne consegue che il criterio principale per le prestazioni di alberi e assi è forza di fatica. Il guasto statico è molto raro. Si verifica sotto l'influenza di sovraccarichi casuali a breve termine. Per gli alberi il calcolo della resistenza a fatica (calcolo raffinato) è considerato il principale. Il calcolo della resistenza statica viene eseguito come verifica.

Viene valutata la resistenza alla fatica (resistenza) di alberi e assi fattore sicurezza.

Gli assi fissi sotto l'azione di carichi costanti si basano solo su forza statica.

Gli assi e gli alberi mobili ad alta velocità contano resistenza.

Si basano su alberi e assali a bassa velocità caricati con un carico variabile forza statica e resistenza.

I principali fattori di forza di progettazione per assali e alberi sono la flessione M n e torcere M a (solo per alberi) momenti.

L'influenza delle forze di trazione e compressione è insignificante, quindi, di regola, non viene presa in considerazione nei calcoli.

Il metodo per valutare la resistenza di assi e alberi consiste nel confrontare le sollecitazioni calcolate con quelle consentite nelle seguenti condizioni di resistenza:

dove , - sollecitazioni di flessione e torsione emergenti (calcolate) nella sezione pericolosa dell'asse, asse; e - sollecitazioni flessionali e torsionali ammissibili.

Gli alberi e gli assi progettati per fornire resistenza statica o alla fatica a volte si guastano a causa di mancanza di rigidità o a causa di vibrazioni. Inoltre, la bassa rigidità interrompe il normale funzionamento di ingranaggi e cuscinetti. Alberi e assali si basano inoltre su rigidità e fluttuazioni.

La rigidità di alberi e assi è stimata dalla quantità di flessione nei punti di installazione delle parti o dall'angolo di torsione delle sezioni; fluttuazioni - velocità angolare critica.

Per calcolare gli alberi e gli assi per resistenza e rigidità, viene creato uno schema di calcolo. Nell'analisi di flessione, gli alberi e gli assi rotanti sono considerati come travi su supporti incernierati. Negli schemi di progetto, le forze e le coppie sono condizionalmente considerate come concentrate.

Gli schemi di carico per alberi e assi dipendono dal numero e dal luogo di installazione delle parti rotanti su di essi e dalla direzione delle forze. Per carichi complessi, vengono selezionati due piani ortogonali (ad esempio frontale e orizzontale) e lo schema viene considerato su ciascun piano. Ovviamente non vengono calcolate strutture reali, ma modelli di calcolo semplificati, che sono travi su supporti incernierati, travi con incastro e persino problemi statici indeterminati.

Quando si redige lo schema di progettazione, gli alberi sono considerati barre diritte che giacciono su supporti incernierati. Nella scelta del tipo di supporto si presume che le deformazioni degli alberi siano piccole e, se il cuscinetto consente almeno una leggera inclinazione o movimento del perno, è considerato un cuscinetto articolato o articolato. I cuscinetti scorrevoli o volventi che percepiscono sia le forze radiali che assiali sono considerati cuscinetti fissi in modo girevole e i cuscinetti che percepiscono solo le forze radiali sono considerati mobili in modo girevole.

L'influenza della gravità degli alberi (e delle parti), le forze di attrito nei supporti non vengono prese in considerazione.

Nel caso di pressione sull'albero di ingranaggi, anelli dei cuscinetti, boccole e altre parti di accoppiamento, si verifica una forte diminuzione dei limiti di resistenza di 3 ... 6 volte. L'inizio di una cricca da fatica si verifica sul bordo della parte pressata. Durante lo smontaggio delle parti da unire si possono riscontrare tracce di corrosione sotto forma di macchie scure, nonché una polvere rossa composta da ossidi di ferro. Questo fenomeno è chiamato nella letteratura scientifica corrosione da fretting o, più semplicemente, corrosione da attrito.

Le ragioni della forte diminuzione del limite di fatica durante la corrosione da contatto sono la concentrazione delle sollecitazioni sul bordo di contatto e i complessi processi fisico-chimici che si verificano all'incrocio di due parti di accoppiamento con il loro piccolo scorrimento ciclico reciproco dovuto alle deformazioni elastiche.

Va notato che il danno da sfregamento si verifica non solo nei giunti con accoppiamento ad interferenza, ma anche nei giunti filettati, con chiavetta e rivettati, nonché nei punti di contatto di funi metalliche e alberi flessibili, morsetti di attrito e molle a balestra e altri punti in cui sorgono le condizioni per il movimento reciproco dei dettagli di accoppiamento.

È stato stabilito che più di 50 fattori giocano un certo ruolo nel processo di fretting. Pertanto, il processo è molto complesso, non completamente compreso.

Per gli alberi lisci con una parte pressata (Fig. 8, a), il rapporto che caratterizza la riduzione del limite di fatica dovuto alla concentrazione delle sollecitazioni e al fattore di scala può essere calcolato utilizzando le seguenti formule sotto l'azione di un momento flettente e di una forza di taglio

Riso. 8. Metodi costruttivi per aumentare la resistenza a fatica degli alberi.

(2)

dove è il fattore di concentrazione dello stress effettivo del campione con il limite di resistenza e d 0 = 7,5 mm;

Un fattore di scala che tiene conto della dimensione della sezione trasversale di un campione liscio con un limite di fatica, con un diametro fino a 300 mm.

a d

a mm;

0,305 + 0,00139 - coefficiente che tiene conto del limite di resistenza del materiale;

Coefficiente che tiene conto della pressione di atterraggio - R nelle parti di accoppiamento;

0,65+0,014R a MPa;

1 a MPa.

Va notato che se la parte montata non trasmette momento e forza, allora l'espressione (2) deve essere moltiplicata per il fattore di correzione K P = 0,85.

Per ridurre l'effetto dannoso della corrosione da sfregamento sulla resistenza alla fatica, vengono utilizzate misure costruttive e tecnologiche. Quindi, le scanalature di scarico all'estremità della parte pressata (Fig. 8, b) o una cinghia (Fig. 8, c) aumentano il limite di resistenza di 1,2 ... 1,5 volte, ispessendo sotto la parte del mozzo dell'albero (Fig. .8, d) - 1,3 ... 1,5 volte.

I sottosquadri di scarico dell'albero (Fig. 8, e), applicati mediante godronatura, aumentano il limite di resistenza di 1,4 volte.

Le misure tecnologiche per aumentare il limite di resistenza consistono nel ridurre la microrugosità delle superfici di accoppiamento mediante lucidatura e molatura, protezione dalla corrosione e metodi chimico-termici, meccanici e di altro tipo, come spruzzatura al plasma, impianto ionico, che alla fine aumenta di 1,5 ... 2 volte o più.

Dopo aver presentato i requisiti di rigidità e resistenza alla rinfusa degli alberi, è possibile utilizzare acciai St4, St5 o 40 o 45.

Per alberi di forma complessa, ad esempio alberi a gomiti e supporti di ingranaggi epicicloidali, può essere opportuno utilizzare ghisa ad alta resistenza VCh 70 - 3, VCh 80 - 3 e altri.

Calcolo degli assi per la resistenza statica

Come accennato in precedenza, gli assi non subiscono torsione, quindi vengono calcolati solo per la flessione.

La sequenza di calcolo del progetto.

Secondo il design del nodo (Fig. 9, un) compongono lo schema di calcolo (Fig. 9, b) determinare le forze agenti sull'asse, costruire diagrammi dei momenti flettenti; il diametro dell'asse è determinato dalla formula

(3)

dove M e- momento flettente massimo; - sollecitazione flessionale ammissibile.

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Ingranaggi, pulegge, ruote dentate e altre parti di macchine rotanti sono montati su alberi e assali. C'è una differenza significativa tra questi due elementi di meccanismi, che consiste nello scopo funzionale e in alcune altre caratteristiche.

L'albero è progettato per trasmettere la coppia lungo il suo asse, nonché per supportare le parti poste su di esso e la percezione di tutti i carichi esterni agenti su queste parti.
A differenza dell'albero, l'asse supporta solo le parti installate su di esso e percepisce i carichi agenti su di esse, fatta eccezione per la coppia, ovvero non subisce deformazioni torsionali. Gli assi possono essere fissi (ad esempio un asse fisso a forma di perno di una ruota di automobile su un asse controllato) o mobili, cioè ruotare insieme alle parti poste su di essi (asse di un set di ruote di un vagone ferroviario) .
La classificazione degli alberi è più ampia: possono differire in diversi modi.

Classificazione dell'albero

Su appuntamento gli alberi sono divisi in indigeno, trasmissione, trasmissione, flessibile e torsione.

Gli alberi principali trasportano le principali unità di lavoro della macchina (albero motore, rotore turbina, ecc.).

alberi di trasmissione trasportare parti di ingranaggi (ruote dentate, pulegge, ruote dentate, ecc.). A differenza dell'albero principale, gli alberi del cambio servono a svolgere una funzione intermedia nelle unità della macchina durante la trasmissione della coppia. Quindi, gli alberi di trasmissione sono gli alberi primari e secondari del cambio, gli alberi dell'ingranaggio principale, la scatola di trasferimento, ecc.

alberi di trasmissione servono a trasmettere la coppia tra le singole unità e le unità di lavoro della macchina. Esempi di alberi di trasmissione: cardanico, semiassi, alberi di trasmissione con giunti omocinetici in vetture a trazione anteriore, ecc.

Alberi flessibili (filo flessibile). consentono la trasmissione della coppia con notevole flessione dell'asse. Tali alberi si trovano, ad esempio, nella strumentazione (cavo del tachimetro), negli strumenti meccanizzati (albero del trapano dentale).

Alberi di torsione (barre di torsione)- alberi di piccolo diametro utilizzati per trasmettere coppie. Tali alberi consentono la torsione rispetto all'asse ad angoli significativi.

Secondo la forma dell'asse geometrico gli alberi sono divisi in diritti e indiretti - a gomito ed eccentrici. Un esempio di albero eccentrico è l'albero di distribuzione del gas di un motore a combustione interna.
Gli assi sono generalmente dritti. In base alla progettazione, gli alberi e gli assi diritti differiscono poco l'uno dall'altro.
Gli alberi e gli assi diritti possono essere lisci o a gradini. La forma a gradini contribuisce alla tensione uniforme dell'albero lungo la lunghezza e semplifica anche l'installazione delle parti posizionate su di esso.

Secondo la forma della sezione trasversale alberi e assi sono pieni e cavi (con fori assiali). Gli alberi cavi vengono utilizzati per ridurre il peso o per accogliere al loro interno altre parti o elementi strutturali, nonché per fornire olio al sistema di lubrificazione.

Secondo il profilo esterno della sezione trasversale gli alberi sono divisi in scanalati e calettati, aventi un profilo scanalato o un profilo con cava per chiavetta su una certa lunghezza.

Elementi strutturali di assi e alberi

I singoli elementi di alberi e assi hanno nomi specifici. In particolare, le parti portanti di alberi e assi, ovvero le sezioni con cui l'albero o l'asse poggia sul cuscinetto, sono comunemente dette perni di articolazione. In questo caso, si distinguono i seguenti tipi di perni: punte, colli e talloni.

Un perno è chiamato perno di articolazione, situato all'estremità di un albero o di un asse e trasmette una forza prevalentemente radiale.

Il collo è chiamato il perno intermedio dell'albero o dell'asse. Come la punta, il collo trasmette principalmente una forza radiale. I prigionieri e i colli sono supportati da cuscinetti a strisciamento oa rotolamento. Spighe e colli possono essere di forma cilindrica, conica o sferica. Nella maggior parte dei casi vengono utilizzati perni cilindrici.

Il quinto è chiamato perno di articolazione, che trasmette la forza assiale. I talloni servono da supporto per i talloni. I tacchi in forma sono ad anello, pieni e pettinati. I tacchi a pettine sono usati raramente.

Le superfici di appoggio degli alberi e degli assi per i mozzi delle parti montate sono cilindriche o coniche. Le estremità affusolate degli alberi sono spesso realizzate con una conicità di 1:10. Le superfici coniche degli alberi vengono utilizzate per facilitare l'installazione di parti pesanti montate sull'albero, il loro rapido cambio, per migliorare la precisione di centraggio delle parti e per garantire la tenuta necessaria durante il montaggio.

Le sezioni di transizione degli alberi a gradini e degli assi tra due gradini di diverso diametro sono realizzate con una scanalatura con larghezza di arrotondamento 3…5 mm e profondità 0,25…0,5 mm, con un raccordo di raggio massimo possibile costante o con un raccordo di raggio variabile (un raccordo è una superficie di transizione graduale da un gradino di una sezione più piccola a uno più grande). Lo scopo delle sezioni di transizione di alberi e assi è di ridurre la concentrazione delle sollecitazioni nei punti in cui la forma della sezione di queste parti cambia. Per aumentare la capacità portante di alberi e assi, l'indurimento per deformazione dei raccordi viene spesso eseguito mediante incrudimento.



Criteri di prestazione per alberi e assi

I criteri principali per le prestazioni di alberi e assali sono la resistenza e la rigidità. Gli alberi e gli assi rotanti subiscono sollecitazioni che cambiano ciclicamente durante il funzionamento. La resistenza è stimata dal fattore di sicurezza durante il calcolo degli alberi e degli assi per la resistenza alla fatica e la rigidità è stimata dalla deflessione, dagli angoli di rotazione o dalla torsione delle sezioni nei siti di installazione delle parti.
È stato stabilito in pratica che la distruzione di alberi e assi di macchine ad alta velocità nella maggior parte dei casi è di natura a fatica, quindi l'importante è il calcolo della resistenza a fatica.

I principali fattori di forza calcolati sono la rotazione T e piegarsi M momenti. L'influenza delle forze di trazione e compressione sulla resistenza è insignificante e nella maggior parte dei casi non vengono prese in considerazione.

Progettazione e verifica calcoli di alberi e assi

Quando si progettano alberi e assi, viene eseguito un calcolo di progetto per la resistenza statica per determinare approssimativamente i diametri dei gradini. Nel calcolo del progetto degli alberi del cambio, vengono solitamente determinati i diametri delle sezioni terminali degli alberi di ingresso e di uscita e, per gli alberi intermedi, il diametro nel punto di atterraggio della ruota.
Il diametro della sezione di progetto dell'albero è determinato dalla formula nota dal corso della resistenza dei materiali:

d 3 ≥ 10 3 (Mk / 0,2 [τ] k),

dove Mk = T- coppia agente nella sezione calcolata, Nm;
[τ]kè la sollecitazione torsionale ammissibile per il materiale dell'albero, MPa.

Il diametro dell'albero calcolato risultante viene arrotondato al diametro più vicino della serie standard secondo GOST.
Il calcolo del progetto degli assi viene spesso eseguito in modo simile al calcolo delle travi con supporti incernierati con metodi convenzionali di resistenza del materiale.

Il calcolo di verifica di alberi e assi viene effettuato per la resistenza a fatica e la rigidità. Il calcolo di verifica viene eseguito dopo lo sviluppo finale del progetto dell'albero o dell'asse in base al calcolo del progetto. La prova di resistenza alla fatica viene eseguita in base al fattore di sicurezza per il carico massimo a lungo termine senza tener conto dei picchi di carico a breve termine (ad esempio, durante il periodo di avviamento).

Il calcolo della rigidità degli alberi viene eseguito nel caso in cui le deformazioni (lineari o angolari) influiscano negativamente sul funzionamento delle parti associate all'albero (ruote dentate, cuscinetti, ecc.). Distinguere tra flessione e rigidità torsionale di un albero. La rigidità flessionale è stimata dalla deflessione dell'albero, dalla rigidità torsionale - dall'angolo di torsione.
Il calcolo della verifica degli assi per la resistenza a fatica e la rigidezza flessionale viene eseguito in modo simile al calcolo degli alberi, tenendo conto del fatto che per gli assi Mk = 0.

Quando si sviluppa la progettazione di alberi o assi, si consiglia di posizionare le parti su di essi il più vicino possibile ai supporti per ridurre i momenti flettenti.
Per ridurre i punti di concentrazione delle sollecitazioni, è necessario evitare gradini, fori e sedi chiavetta eccessivi, nonché altre deviazioni nella forma dell'albero o nella sezione trasversale dell'asse. Le sezioni di transizione dovrebbero essere realizzate sotto forma di filetti o scanalature con filetti.

19/11/2015

Aste e assi sono utilizzati nell'ingegneria meccanica per riparare vari corpi di rotazione (questi possono essere ingranaggi, pulegge, rotori e altri elementi installati nei meccanismi).

C'è una differenza fondamentale tra alberi e assi: i primi trasferiscono il momento di forza creato dalla rotazione delle parti, mentre i secondi subiscono sollecitazioni di flessione sotto l'azione di forze esterne. In questo caso, gli alberi sono sempre un elemento rotante del meccanismo e gli assi possono essere rotanti o fissi.

Dal punto di vista della lavorazione dei metalli, alberi e assi sono parti metalliche, il più delle volte aventi una sezione trasversale circolare.

Tipi di alberi

Gli alberi differiscono l'uno dall'altro nel design dell'asse. Esistono i seguenti tipi di alberi:

• dritto. Strutturalmente non differiscono dagli assi. A loro volta si distinguono alberi e assi diritti lisci, a gradini e sagomati. I più comunemente usati nell'ingegneria meccanica sono gli alberi a gradini, che si distinguono per la facilità di installazione sui meccanismi.
• a gomito, costituito da diverse ginocchia e perni principali, che sono supportati da cuscinetti. Costituiscono un elemento del meccanismo a manovella. Il principio di funzionamento è convertire il movimento alternativo in rotatorio, o viceversa.
• flessibile (eccentrico). Vengono applicati al trasferimento del momento di rotazione tra alberi con gli assi di rotazione spostati.

La produzione di alberi e assi è uno dei settori più dinamici dell'industria metallurgica. Sulla base di questi elementi si ottengono i seguenti prodotti:

1. elementi di trasmissione della coppia (dettagli di connessione calettata, scanalature, connessioni di interferenza, ecc.);
2. cuscinetti di supporto (rotolanti o scorrevoli);
3. guarnizioni di estremità dell'albero;
4. elementi che regolano unità di trasmissione e supporti;
5. elementi di fissaggio assiale delle pale del rotore;
6. raccordi di transizione tra elementi di diverso diametro nella struttura.

Le estremità di uscita degli alberi hanno la forma di un cilindro o di un cono, collegate da giunti, pulegge, ruote dentate.

Gli alberi e gli assi possono anche essere cavi o pieni. Altre parti possono essere montate all'interno degli alberi cavi e possono anche essere utilizzate per alleggerire il peso complessivo della struttura.

La funzione dei morsetti assiali montati sull'albero delle parti viene eseguita da gradini (spalle), boccole distanziali con asse rimovibile, anelli, anelli di spinta della molla dei cuscinetti.

L'impresa Elektromash produce questi prodotti in un sito di produzione dotato delle più moderne attrezzature. Con noi puoi acquistare alberi e assi qualsiasi tipo su richiesta. Voto: 3.02