Τι είναι ένας άξονας;
Ένας άξονας είναι βασικά ένα περιστρεφόμενο τμήμα οποιασδήποτε μηχανής, με κυκλική διατομή, που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση ισχύος από το ένα μέρος στο άλλο ή από μια μηχανή παραγωγής ενέργειας σε μια μηχανή απορρόφησης ισχύος. Για τη μετάδοση ισχύος, το ένα άκρο του άξονα συνδέεται με την πηγή ισχύος και το άλλο άκρο συνδέεται με το μηχάνημα. Οι άξονες μπορούν να είναι συμπαγείς ή κοίλοι κατά βούληση, με τους κοίλους άξονες να συμβάλλουν στη μείωση του βάρους και να παρέχουν πλεονεκτήματα.
Γενική περιγραφή του άξονα
Ο άξονας είναι ένα από τα πολύ σημαντικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται στις μηχανές. Χρησιμοποιούνται για τη στήριξη περιστρεφόμενων εξαρτημάτων όπως τροχαλίες και γρανάζια. Υποστηρίζονται από ρουλεμάν που βρίσκονται στο άκαμπτο περίβλημα του μηχανήματος. Τα γρανάζια και οι τροχαλίες που βρίσκονται στους άξονες βοηθούν στη μετάδοση της κίνησης.
Πολλά άλλα περιστρεφόμενα στοιχεία είναι κλειδωμένα στον άξονα. Οι άξονες υπόκεινται σε ροπές κάμψης και στρέψεις λόγω των δυνάμεων αντίδρασης των μελών που υποστηρίζουν και της ροπής που δημιουργείται από τη μετάδοση ισχύος.
Ο άξονας έχει πάντα κυκλική διατομή και μπορεί να είναι κοίλος ή συμπαγής. Οι άξονες μπορούν να ταξινομηθούν ως στροφαλοφόροι άξονες, γραμμικοί άξονες, αρθρωτοί άξονες ή εύκαμπτοι άξονες, αλλά οι γραμμικοί άξονες χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μετάδοση ισχύος.
Οι άξονες σχεδιάζονται συνήθως ως απότομες κυλινδρικές ράβδοι έτσι ώστε να έχουν διαφορετικές διαμέτρους σε όλο το μήκος τους, αν και οι άξονες με σταθερή διάμετρο είναι εύκολο να παραχθούν.
Το μέγεθος της τάσης σε έναν κλιμακωτό άξονα ποικίλλει ανάλογα με το μήκος του. Οι άξονες με ομοιόμορφη διάμετρο δεν είναι κατάλληλοι για αποσυναρμολόγηση, συναρμολόγηση, συντήρηση και αυτοί οι άξονες δημιουργούν επιπλοκές κατά τη στερέωση των εξαρτημάτων που είναι τοποθετημένα σε αυτούς, ειδικά των ρουλεμάν.
2
Τύπος άξονα
01
άξονα μετάδοσης
Αυτοί οι άξονες είναι βαθμιδωτοί άξονες που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ισχύος μεταξύ μιας πηγής σε μια άλλη μηχανή που απορροφά την ισχύ. Τοποθετείται στο κλιμακωτό τμήμα ενός γραναζιού άξονα, πλήμνης ή τροχαλίας για μετάδοση κίνησης.
Παραδείγματα: Υπερυψωμένοι άξονες, καρούλια, αντίθετοι άξονες και όλοι οι άξονες του εργοστασίου.
εικόνα
02
Μηχανικός άξονας
Αυτοί οι άξονες βρίσκονται μέσα στο συγκρότημα και αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του μηχανήματος.
Παράδειγμα: Ο στροφαλοφόρος άξονας σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου είναι ένας άξονας μηχανής.
εικόνα
03
άξονας άξονα
Αυτοί οι άξονες υποστηρίζουν περιστρεφόμενα στοιχεία, όπως τροχούς, που μπορεί να τοποθετούνται σε περιβλήματα με ρουλεμάν, αλλά οι άξονες είναι μη περιστρεφόμενα στοιχεία. Αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως σε οχήματα.
Παράδειγμα: άξονες σε αυτοκίνητα.
εικόνα
04
Ατρακτος
Αυτά είναι τα περιστρεφόμενα μέρη του μηχανήματος που στεγάζουν τα εργαλεία ή τον χώρο εργασίας. Είναι μικροί άξονες που χρησιμοποιούνται σε μηχανές.
Παράδειγμα: Άτρακτος σε τόρνο.
εικόνα
3
Υλικό άξονα
Τυπικά ο μαλακός χάλυβας είναι το υλικό που χρησιμοποιείται για άξονες. Εάν απαιτείται υψηλή αντοχή, χρησιμοποιούνται κραματοποιημένοι χάλυβες όπως χάλυβας νικελίου-χρωμίου, νικελίου και χρωμίου-βαναδίου. Σχηματίζονται με θερμή έλαση και κρύο τράβηγμα και λείανση. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για τους συμβατικούς άξονες είναι ανθρακούχο χάλυβας 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Το υλικό που χρησιμοποιείται για τον άξονα πρέπει να έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:
Τα υλικά πρέπει να έχουν υψηλή αντοχή.
Τα υλικά πρέπει να έχουν υψηλή αντοχή στη φθορά.
Τα υλικά πρέπει να έχουν ιδιότητες θερμικής επεξεργασίας.
Τα υλικά πρέπει να έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες.
Το υλικό πρέπει να έχει χαμηλή ευαισθησία στις εγκοπές.
4
Τυπικό μέγεθος άξονα
Μηχανικός άξονας
Έως 25 mm σε βήματα των 0,5 mm.
άξονα μετάδοσης
Τυπικό μέγεθος άξονα - μήκος βήματος.
Μήκος βήματος 25mm έως 60mm-5mm.
60mm έως 100mm-10mm μήκος βήματος.
Μήκος βήματος 110mm έως 140mm-15mm.
Βήματα 140mm έως 500mm - 20mm.
Οι άξονες μηχανής διατίθενται σε τυπικά μεγέθη έως 25 mm σε βήματα των 5 mm. Για τους άξονες, τα τυπικά μήκη είναι 5m, 6m και 7m, αλλά γενικά χρειάζονται 1m έως 2m.
5
καταπόνηση στον άξονα
Η τάση που προκαλείται στον άξονα είναι:
Διατμητική τάση λόγω μετάδοσης ροπής (ροπή λόγω στρεπτικής φόρτισης).
Οι τάσεις κάμψης, οι οποίες είναι θλιπτικής ή εφελκυστικής φύσης, λόγω δυνάμεων που ασκούνται σε μηχανικά στοιχεία όπως τροχαλίες και γρανάζια και το αυτο-βάρος του άξονα.
Συνδυασμένες τάσεις που προκαλούνται από φορτία κάμψης και στρέψης.
Η μέγιστη επιτρεπόμενη διατμητική τάση σχεδιασμού είναι:
1. Ο άξονας είναι 56000kN/m2, και υπάρχει χώρος για το κλειδί.
2. Ο άξονας είναι 42000kN/m2 χωρίς περιθώριο κλειδιού.
Η μέγιστη επιτρεπόμενη τάση κάμψης είναι:
1. Ο άξονας είναι 112000kN/m2, και υπάρχει χώρος για το κλειδί.
2. Ο άξονας είναι 84000kN/m2 χωρίς περιθώριο κλειδιού.
6
Κατασκευή άξονα
Ο άξονας κατασκευάζεται με διαδικασία θερμής έλασης. Η αντοχή του άξονα είναι υψηλότερη κατά την ψυχρή έλαση σε σύγκριση με τη θερμή έλαση, αλλά η ψυχρή έλαση προκαλεί υψηλές υπολειμματικές τάσεις που προκαλούν την παραμόρφωση του άξονα κατά την επεξεργασία. Η διαδικασία σφυρηλάτησης χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αξόνων μεγαλύτερης διαμέτρου.
Αφού ολοκληρωθεί η κύλιση, το άκρο του άξονα επεξεργάζεται, το ένα άκρο του άξονα τοποθετείται στο μηχάνημα επιθεώρησης και το άλλο άκρο του άξονα υποστηρίζεται από τον πυργίσκο του τόρνου. Για να τελειώσει ο άξονας, το εργαλείο συγκρατείται στη θέση του από την υποδοχή εργαλείου και όταν ενεργοποιηθεί η τροφοδοσία, το τσοκ αρχίζει να περιστρέφει τον άξονα.
Οι ενδείξεις καντράν χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ομοκεντρικότητας του άξονα πριν από τη μηχανική κατεργασία και την εκτέλεση διαφόρων λειτουργιών όπως περιστροφή, όψη, αυλάκωση και περιστροφή κωνικότητας ανάλογα με τον σκοπό. Οι εφαρμογές μεγάλου όγκου, CNC και άλλες εφαρμογές είναι οι πλέον κατάλληλες για τελικές διαδικασίες κατεργασίας. Μπορεί επίσης να κατεργαστεί με μηχανή διπλού άκρου CNC με τον άξονα σφιγμένο μεταξύ της περιστροφής του εργαλείου και του εξαρτήματος.
Για να επιτευχθεί ομοκεντρικότητα και στρογγυλότητα, τα περιστρεφόμενα εργαλεία θα πρέπει να βρίσκονται το ένα απέναντι στο άλλο στις κεντρικές γραμμές. Οι κινητήριοι άξονες και οι κινητήρες κατασκευάζονται συχνά χρησιμοποιώντας αυτή τη διαδικασία.
7
Κίνηση άξονα
Γνωρίζουμε ότι ο άξονας χρησιμοποιείται για μετάδοση ισχύος, επομένως ο τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μετάδοσης ισχύος είναι: P=2πnT/60. Μεταξύ αυτών, το P είναι η μεταδιδόμενη ισχύς (W). n είναι οι στροφές ανά λεπτό (rpm). T είναι η ροπή σε N·m.
Ταχύτητα αξόνων για διάφορες εφαρμογές:
1. Μηχανήματα: 100~200;
2. Μηχανήματα ξυλουργικής: 250~700;
3. Κλωστοϋφαντουργία: 300~800;
4. Εργαστήριο ελαφρών μηχανημάτων: 150~300;
5. Βοηθητικός άξονας: 200~600.
8
Σχέδιο άξονα
Οι άξονες μπορούν να σχεδιαστούν μέσω δύο διαφορετικών διαδικασιών με βάση διαφορετικές εκτιμήσεις φορτίου:
1. Σχεδιασμός άξονα με βάση την αντοχή Οι κινητήριοι άξονες είναι συνήθως ευαίσθητοι σε ροπές κάμψης, ροπές, αξονικές έλξεις και συνδυασμούς τους. Τυπικά, τα ρουλεμάν φορτώνονται με συνδυασμό τάσεων στρέψης και κάμψης.
Φέρουσα τάση εφελκυσμού:
Τάση εφελκυσμού=P/A
Μεταξύ αυτών, το A=(π/4)xD2, D είναι η διάμετρος του άξονα σε mm.
Ροπή κάμψης ρουλεμάν:
Τάση κάμψης=(MbxY)/I
Μεταξύ αυτών, Mb=στιγμή κάμψης. Y=D/2, όπου D είναι η διάμετρος. I=στιγμή αδράνειας=(πxD4)/64
Ροπή ρουλεμάν:
Στρεπτική τάση=MtxR/J
Μεταξύ αυτών, το Mt=στιγμιότυπο. R=D/2, όπου D είναι η διάμετρος. J=πολική ροπή αδράνειας=(πxD4)/32
2. Σχεδιασμός άξονα με βάση την ακαμψία
Ένας κινητήριος άξονας λέγεται ότι είναι άκαμπτος με βάση τη στρεπτική ακαμψία εάν ο άξονας δεν στρίβει πολύ.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Μεταξύ αυτών, Mt=ροπή mm σε N; J=πολική ροπή αδράνειας=(πxD4)/32; D=διάμετρος άξονα (mm); θ=γωνία στρέψης; G=συντελεστής ακαμψίας N/mm2.
9
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των αξόνων
Πλεονεκτήματα του άξονα
Είναι λιγότερο πιθανό να κολλήσουν.
Απαιτούν λιγότερη συντήρηση από τα συστήματα αλυσίδων.
Έχουν υψηλή αντοχή στρέψης.
Έχουν υψηλές τιμές πολικής ροπής αδράνειας.
Είναι πολύ δυνατοί και απίθανο να αποτύχουν.
Το εσωτερικό σχήμα των κοίλων αξόνων είναι κοίλο, επομένως απαιτούν λιγότερο υλικό.
Για την ίδια τιμή μετάδοσης ροπής, ένας κοίλος άξονας είναι ελαφρύτερος σε βάρος από έναν συμπαγή άξονα.
Έχουν πολύ μεγάλη ακτίνα περιστροφής.
Μειονεκτήματα άξονα
Έχουν απώλεια ισχύος λόγω χαλαρής ζεύξης.
Δονούνται καθώς περιστρέφονται.
Παράγουν σταθερό θόρυβο.
Υψηλό κόστος κατασκευής και συντήρησης.
Δύσκολη κατασκευή.
Η αλλαγή της ταχύτητας ενός άξονα δεν είναι εύκολη.
Μεγάλη διακοπή λειτουργίας λόγω μηχανικών προβλημάτων.
Σταγονίδια λαδιού στους εναέριους άξονες.
Η χρήση ελαστομερών συνδέσμων (όπως οι σύνδεσμοι με φύλλα ελατηρίου) μπορεί να οδηγήσει σε απώλειες ταχύτητας μεταξύ των αξόνων.
Εάν ένας άξονας αποτύχει, θα χρειαστεί πολύς χρόνος για να επισκευαστεί.
