Arborii sunt proiectați pentru a atașa piese de ele (dintate, melcuri, pinioane, scripete, jumătăți de cuplare etc.) și transmite cuplul. Axele servesc doar pentru a susține părțile rotative ale mecanismelor și, spre deosebire de arbori, nu transmit cuplu. Axele pot fi rotative sau staţionare.

În funcție de tipul de axă geometrică, arborii sunt împărțiți în drepti, cotiți și flexibili. Arborele drepte sunt cele mai utilizate (Fig. 4.68, A – V). Arborii cotiți (Fig. 4.68, d) sunt utilizați numai la mașinile cu piston pentru a transforma mișcarea de rotație în mișcare liniară și invers (motoare cu ardere internă, pompe, compresoare). Arborii flexibili cu o formă arbitrară a axei geometrice sunt utilizați pentru a transmite rotația în mecanisme ale căror componente își schimbă poziția în timpul funcționării, de exemplu, dispozitive de control de la distanță, burghie dentare etc. Arborii cotiți și arborii flexibili sunt clasificate ca piese cu destinație specială și sunt care nu sunt acoperite în cursul „Piese de mașini” sunt luate în considerare.

Arborii drepti sunt împărțiți în netezi, în funcție de forma suprafeței exterioare (vezi Fig. 4.68, A)și trepte sau modelate (vezi Fig. 4.68, b, O). Arborele netede de-a lungul întregii lungimi au aceeași dimensiune memorială și aterizările corespunzătoare diverse părți sunt asigurate de abateri maxime. În mecanismele de putere, arborii netezi au o utilizare limitată. Ele sunt utilizate în principal în transmisii pentru a transmite doar cuplul. Utilizare mai mare

Orez. 4,68

Am primit omi în mecanisme cinematice de dimensiuni mici descărcate.

Arborele trepte sunt mai puțin avansate din punct de vedere tehnologic la fabricare, dar sunt mai convenabile de asamblat, în special mecanismele complexe cu mai multe etape. Fiecare piesă trece liber în locul ei, iar pe o parte este asigurată fixarea sa axială. În plus, arborele treptat are o masă mai mică, deoarece forma sa este apropiată de cea a unui fascicul cu rezistență egală la încovoiere. Arborii tubulari (vezi Fig. 4.68, V) sunt mai scumpe de fabricat decât cele solide și sunt utilizate cu cerințe stricte pentru masa structurii (de exemplu, mecanisme de aviație și tehnologie spațială). Când raportul dintre diametrul interior al arborelui și cel exterior d/D= 0,6÷0,7 masa sa este redusă cu 40–50%, iar momentul încovoietor al secțiunii W – doar cu 15–25%, ceea ce nu provoacă scădere bruscă putere. De obicei luate d/D < 0,75, что связано с необходимостью выполнения шпоночных пазов, шлицев, резьбы. Применяют полые валы также тогда, когда через вал пропускают другую деталь, подводят смазочный материал и пр.

Proiectarea arborelui în trepte este determinată de numărul și designul pieselor care sunt amplasate pe acesta, locația suporturilor și condițiile de asamblare. Pe arbore se pot distinge elemente individuale: secțiuni de capăt; zone de tranziție între trepte adiacente de diferite diametre; locații pentru rulmenți, garnituri și piese de transmisie a cuplului.

Arborele de intrare și de ieșire ai mecanismelor de transmisie trebuie să aibă secțiuni cantilever pentru instalarea scripetelor, pinioanelor, angrenajelor și jumătăților de cuplare. Secțiunile de capăt sunt realizate cilindrice, mai rar conice, a căror formă și dimensiuni sunt determinate de standarde. Cele cilindrice sunt mai ușor de fabricat, în timp ce cele conice (cu o conicitate de 1:10) asigură o mare precizie de bază și centrare a pieselor de împerechere, ușurință de asamblare și dezasamblare.

În locurile în care diametrul arborelui se modifică, se face o tranziție lină - un filet cu rază constantă (Fig. 4.69, A). Pentru a reduce concentrația de tensiuni, diferența dintre diametrele treptelor arborelui ar trebui să fie minimă, iar raza filetului ar trebui să fie maximă. Atitudine r/d ia cel puțin 0,1. Pentru a se asigura că piesa cuplată cu arborele se sprijină de-a lungul planului umărului, raza fileului trebuie să fie mai mică decât piciorul teșirii piesei / și înălțimea umărului t> 2/. La transmiterea unor forțe axiale mari, înălțimea marginii este selectată din condiția rezistenței la strivire a suprafeței de capăt, iar grosimea umărului este selectată din condiția asigurării rezistenței la forfecare. Înălțimea umărului (sau umărului) pentru susținerea inelului interior al rulmentului trebuie să permită îndepărtarea rulmentului în timpul demontării. Dacă la secțiunea de capăt a arborelui cheia are o legătură strânsă cu arborele, înălțimea umărului t trebuie să fie mai mare decât înălțimea cheii care iese din arbore, astfel încât rulmentul să poată fi instalat la locul său fără a scoate cheia. Toleranțele pentru curățarea colțurilor de împingere ale arborilor sunt alocate în intervalul 0,01–0,06 mm.

Una dintre modalitățile de a crește rezistența la oboseală a arborelui este suprapunerea filetului (Fig. 4.69, b), care se folosește la instalarea pieselor care au o rază mică de curbură sau teșit la intrare. Fixarea axială a piesei se realizează cu ajutorul unui inel intermediar 1, care vă permite să măriți raza fileului r. Uneori, pentru a mări raza, se folosește un filet cu o tăietură (Fig. 4.69, c), în timp ce lungimea părții cilindrice a arborelui scade.

Dacă este necesar să șlefuiți scaunele de pe arborele adiacent umărului, asigurați caneluri pentru ieșirea discului de șlefuit (Fig. 4.69, G). Pentru arbori cu diametru mic, astfel de caneluri reduc rezistența la îndoire și torsiune, astfel încât șlefuirea suprafețelor de așezare ale unor astfel de arbori este posibilă numai cu valori mari marjele de siguranță P> 2,0÷2,5.

Orez. 4,69

Suprafețele de așezare ale osiilor și arborilor sunt în principal cilindrice. Proiectarea acestor secțiuni ale alezajelor depinde de tipul piesei care este montată și de metoda de transmitere a cuplului. Lungimea secțiunilor este considerată ca fiind în mm mai mică decât lungimea butucului pentru a asigura fixarea axială a piesei. Rugozitatea suprafeței () este atribuită în funcție de natura împerecherii, calitate, tipul piesei montate etc.

Teșiturile introduse sunt realizate la capetele arborilor sau ale secțiunilor intermediare pentru a facilita asamblarea și pentru a preveni ciobirea marginilor și tăierea mâinilor montatorului. Dimensiunile teșiturii c sunt atribuite în funcție de diametrul arborelui mm la mm; mm la mm și mm la mm.

Se numesc suprafețele de sprijin ale arborelui de sub rulmenți atunci când primesc o sarcină radială trunions sau gâturile pentru suporturi intermediare. Aceste secțiuni sunt cilindrice pentru rulmenți, dar pot avea fuse conice sau sferice pentru rulmenți alți. Diametrele de aterizare pentru rulmenți sunt selectate din gama standard de diametre pentru găurile rulmenților. La perceperea sarcinilor axiale, aceste secțiuni ale arborilor sunt numite pantofi cu toc. Rugozitatea suprafețelor de susținere pentru rulmenți este determinată în funcție de natura interfeței dintre rulment și arbore, diametrul fusului și clasa de precizie a rulmentului. Pentru rulmenții de clasa de precizie zero, rugozitatea scaunelor este de microni, capetele umerilor sunt microni; pentru rulmenți cu clase de precizie superioare Ra egal cu 0,63 și, respectiv, 1,25 µm. Abaterile de la rotunjimea și cilindricitatea locurilor de aterizare nu trebuie să depășească 0,5 toleranțe pe diametru, iar pentru rulmenții din clasele de precizie 5,4 și 2 - nu mai mult de 0,003–0,018 mm.

Materialul arborilor și axelor sunt oțeluri carbon și aliate, care au rezistență ridicată, capacitatea de a fi întărite la suprafață și volumetric (pentru a crește rezistența la oboseală și rezistența la uzură) și o bună prelucrabilitate. Materialul arborelui este selectat ținând cont de condițiile de funcționare ale mecanismului. În mecanismele cu încărcare mică, arborii care nu sunt supuși tratamentului termic sunt fabricați din oțeluri carbon 20, 45A, 50 etc. Pentru arbori cu încărcare medie și puternică se folosesc oțeluri aliate 40X, 40X11, 40X112MA, 30KhGSA etc. a oțelurilor aliate sunt supuse îmbunătățirii, călirii cu vacanță mare; Pentru a crește rezistența la uzură, secțiunile individuale ale arborilor sunt supuse unei căliri de suprafață de înaltă frecvență. Tabelele axelor și axelor pentru rulmenții de alunecare ale mecanismelor cu durată de viață lungă sunt cimentate pentru a crește rezistența la uzură. Alegerea tipului de tratament termic se efectuează în funcție de calitatea oțelului (cimentat sau care permite nitrurare). Pentru a crește rezistența la uzură, se folosesc oțeluri crom-nichel sau suporturile arborelui sunt cromate, iar durata de viață crește de 3-5 ori.

Scaunele arborilor și axelor foarte încărcate sunt șlefuite după întoarcere. Sub încărcare alternativă, neregularitățile suprafeței acționează ca microconcentratoare de stres. Slefuirea si lustruirea reduc cantitatea de neuniformitate si maresc longevitatea arborelui. Arborii de mare solicitare sunt măcinați pe întreaga suprafață.

Calculul arborilor se realizează în trei etape.

În absența datelor privind dimensiunile liniare ale arborelui și, în consecință, asupra momentelor încovoietoare, în prima etapă, se determină valoarea aproximativă a diametrului arborelui în secțiunea cea mai încărcată. Din starea rezistenței la torsiune a arborelui avem

Unde T - cuplul transmis de arbore, N mm; [τ] – efortul de torsiune admisibil, MPa (pentru arbori din oțel se ia [τ] = 12÷20 MPa).

În a doua etapă, în conformitate cu diametrul obținut, arborelui primește o formă structurală care corespunde diagramei cinematice și reflectă cerințele de fabricabilitate și asamblare. Ca rezultat, toate dimensiunile arborelui sunt stabilite.

La a treia etapă se efectuează un calcul de verificare a arborelui. Principalul criteriu de rotație a arborilor și axelor este rezistența ciclică, deoarece forțele care sunt constante ca valoare și direcție provoacă tensiuni alternative în ele. Axele fixe și unii arbori sunt calculate pentru rezistența statică sub acțiunea unor cupluri mari de pornire. Rigiditatea insuficientă a arborilor afectează negativ funcționarea articulațiilor, rulmenților, angrenajelor și altor părți asociate; crește uzura; reduce rezistența la oboseală a pieselor și conexiunilor; reduce acuratețea mecanismelor etc. Calculul rigidității arborelui se efectuează în cazurile în care aceste influențe sunt semnificative și necesită luare în considerare obligatorie.

Calculul rezistenței la oboseală.În calculul arborelui se pot distinge următoarele etape: întocmirea unei scheme de proiectare; determinarea sarcinilor de proiectare și realizarea diagramelor de forțe normale, momente de încovoiere și de torsiune; calculul tensiunilor și marjelor de siguranță în secțiunile periculoase ale arborelui.

Pentru calcule, arborii și osiile rotative sunt reprezentate sub formă de grindă pe suporturi articulate. Amplasarea suporturilor depinde de tipul de rulment. La instalarea unui arbore în rulmenți radiali cu bile sau cu role, punctele de sprijin sunt considerate a fi mijlocul lățimii fiecărui rulment (Fig. 4.70, a, b). La instalarea arborelui în rulmenți cu contact unghiular, suporturile sunt amplasate decalate de la capăt cu cantitatea A in functie de unghiul de contact. Pentru rulmenți cu bile (Fig. 4.70, V),și pentru rolă conică (Fig. 4.70, G), unde este coeficientul de sarcină axială, în funcție de unghiul de contact (Tabelul 4.16). La instalarea a doi rulmenți într-un suport, suportul condiționat este plasat la o distanță de o treime de mijlocul rulmentului interior (Fig. 4.70, ∂). U arbori care se rotesc în lagăre, convenționale

Orez. 4,70

suportul balamalei este situat la o distanță de (0,254-0,3)/ de capătul rulmentului (Fig. 4.70, e).

Sarcinile care acționează asupra arborelui sunt transmise din părțile asociate, cum ar fi angrenajele și roțile melcate,

Tabelul 4.16

ținând	contact, α°		Un singur rând rulmenti				Rând dublu rulmenti
Bilă radială
Bile de contact unghiular
Rolă conic

scripeți, pinioane etc. Sunt determinate de dependențele corespunzătoare ale calculelor angrenajelor sau experimental. În calculele arborelui, aceste sarcini, distribuite pe suprafața de contact, sunt înlocuite cu forțe echivalente concentrate și aplicate în mijlocul butucului piesei. Sarcinile găsite sunt transferate pe axa arborelui și se construiesc diagramele corespunzătoare.

La calculul oboselii se iau în considerare secțiunile cu concentratoare de tensiuni: tranziții de filet, caneluri, canale de cheie, găuri transversale, filete, în care acționează momente mari de încovoiere și cuplu. În arborii cu design complex, uneori este dificil să se evidențieze o secțiune periculoasă și apoi calculul se efectuează pentru mai multe secțiuni. Pentru fiecare dintre secțiunile de proiectare se determină factori de siguranță și se compară cu valoarea admisă. Pentru a asigura o funcționare fiabilă trebuie să existe. Forța este estimată folosind formula

unde și sunt marjele de siguranță pentru solicitările normale și tangenţiale:

unde și sunt limitele de rezistență ale eșantionului standard într-un ciclu simetric de modificări ale tensiunii și sunt tensiunile de amplitudine ale ciclurilor de tensiuni normale și tangențiale și sunt tensiunile medii ale ciclurilor; coeficienți pentru reducerea limitelor de oboseală ale unei piese; și – coeficienții de sensibilitate a materialului la asimetria ciclului de tensiuni.

Pentru articole din carbon pentru oțeluri aliate. Factorul de reducere pentru limita de oboseală a piesei:

La calculul îndoirii

La calcularea torsiunii

unde și sunt coeficienții efectivi de concentrare a tensiunii (în funcție de tipul concentratorului de tensiuni); și – coeficienții de influență ai dimensiunilor piesei; – coeficient care ține cont de creșterea limitei de anduranță în timpul călirii suprafeței; și – coeficienții de influență a rugozității.

Coeficienții eficienți și concentrațiile de tensiuni pentru oțel în timpul îndoirii și torsii arborilor la locația canelurii inelare se găsesc din Tabel. 4,17; într-o tranziție în trepte cu un file - conform tabelului. 4,18; la îndoirea și torsiunea arborilor cu caneluri, caneluri, filete și găuri transversale - dar de masă. 4.19.

Coeficienții – și sunt dați în tabel. 4,20; coeficient – ​​în tabel. 4.21.

Valori în funcție de parametrii de rugozitate RaȘi Rz sunt prezentate în Fig. 4.71. Valoarea este determinată din relație

Tabelul 4.17

Factori de concentrare efectivi

Orez. 4,71

Tabelul 4.18

Concentrații eficiente de cafea

Roțile dințate, scripetele, pinioanele și alte părți rotative ale mașinii sunt montate pe arbori sau osii.

Arbore conceput pentru a transmite cuplul de-a lungul axei sale, pentru a sprijini piesele situate pe acesta si pentru a percepe fortele care actioneaza asupra acestora. În timpul funcționării, arborele experimentează îndoiȘi torsiune șiîn unele cazuri - întindere sau compresie suplimentară.

Axă sustine doar piesele instalate pe el si percepe fortele care actioneaza asupra lor. Spre deosebire de un arbore, o osie nu transmite cuplu și, prin urmare, nu experimentează torsiune. Axele pot fi nemişcatmi sau se poate rotiîmpreună cu piesele montate pe ele.

După forma axei geometrice arborii sunt împărțiți în Drept(Fig.2)Și indirect- cu manivelă și excentric. Arborii indirecti sunt clasificați ca piese speciale.

axe, de obicei, proscrisvinde direct(vezi fig. 1). În design, arborii și osiile drepte diferă puțin unul de celălalt.

Orez. 1. Axa cărucior

Arborii și osiile drepte pot fi neted sau stuspumos(vezi fig. 2).

R este. 2. Arbore în trepte drepte:

1 - ghimpe; 2 - gat; 3 - ținând; 4 - un inel cu o canelură transversală pentru a găzdui tijele de tragere a rulmenților

Forma în trepte promovează o tensiune egală în secțiuni individuale și simplifică fabricarea și instalarea pieselor pe arbore.

După forma secțiunii transversale arborii și osiile sunt solidă și goală(cu orificiu axial). Arborii tubulari sunt utilizați pentru a reduce greutatea sau pentru a fi plasați în interiorul unei alte piese.

Conform conturului exterior al secțiunii transversale arborii sunt împărțiți în canelat și cheie, având un profil spline sau un profil cu o canelură de-a lungul unei anumite lungimi.

2. Elemente structurale. Materiale arbore și axe

Trunions- secțiuni de susținere ale arborelui sau ale osiei. Ele sunt împărțite în țepi, gât și tocuri.

SH Ipom numit jurnal situat la capătul unui arbore sau al unei axe și care transmite predominant forță radială (vezi fig. 2). Gât numit jurnal în partea de mijloc a unui arbore sau a unei osii. Suporturile pentru gleturi și gâturile arborilor suntsubspini. Tepii și gâturile pot fi modelate cilindriiic, conic sau sferic.În cele mai multe cazuri este folosit știfturi cilindrice.

Fig.3. Pantofi cu toc

a cincea numit trunnion care transmite forța axială (fig. 3). Acestea servesc drept suport pentru călcâirulmenți axiali. Pantofi cu toc sunt forme diferite solidmi (Fig. 3,A), ineltu (Fig. 3,b) Și greepe bancă(Fig. 3, V). Tocuri pieptene sunt acum rar folosite.

Suprafețe de aterizare arbori și osii sub butuci se execută piesele montate cilindrice si coniceKimi(vezi fig. 2). Când se efectuează potriviri prin interferență, diametrul acestor suprafețe este mai mare decât diametrul zonelor adiacente pentru ușurință de presare și reducerea concentrației de tensiuni (vezi Fig. 2). Diametrele suprafețelor de așezare și diametrele lagărelor de alunecare sunt selectate dintr-un număr de dimensiuni liniare normale; diametrele pentru rulmenți sunt selectate conform standardelor de rulment.

Capetele conice ale arborilor (vezi Fig. 2) sunt realizate cuconicitate 1:10. Sunt folosite pentru a facilita instalarea piese instalate pe arbore.

Zone de tranziție arbori și axe între două trepte de diametre diferite:

A)cu canelura cu rotunjite pentru a ieși din roata de șlefuit (Fig. 4, A);

b)cu un file de rază constantă, orez. 4, b(filetul este suprafața unei tranziții netede de la o secțiune a unei secțiuni mai mici la una mai mare);

V ) cu file de rază variabilă(orez. 4, V).

Orez. 4. Secțiuni de tranziție ale arborelui

Secțiunile de tranziție sunt concentratoare de tensiuneMirii. O modalitate eficientă de a reduce concentrarea stresului în zonele de tranziție este promovare

maleabilitate prin realizarea canelurilor de relief (Fig. 5, A), creșterea razelor filetului, făcând găuri în trepte cu diametru mai mare (Fig. 5, b). Întărire prin deformare (lanituire) fileuri măreşte capacitatea portantăproprietatea arborilor și osiilor.

Orez. 5.Metode de creștere a rezistenței nominale a arborilor

Materiale arbore și axetrebuie să fie bunsho să fie prelucrat, să fie durabil șiau un modul elastic ridicat.Acest Cerințele sunt cel mai pe deplin îndeplinite de oțelurile carbon și aliate, din care sunt fabricate în principal arbori și osii. Pentru arbori și osii fără tratament termic de călire se folosesc oțeluri St5, St6; pentru arbori cu tratament termic - oțel 45, 40Х. Arborii de mare viteză care funcționează în rulmenți sunt fabricați din oțel 20, 20Х, 12ХНЗА.Jurnalele acestor arbori sunt cimentatepentru a crește rezistența la uzură.

Arborii și osiile sunt prelucrate pe strunguri, urmate de jurnalele de șlefuire și suprafețele de așezare.

Arborele sunt adesea folosite. Să ne dăm seama cum se numește un arbore, cum diferă de o osie, din ce constă partea arborelui, clasificarea acestuia și materialele utilizate în producția de arbori.

Definiție, caracteristici de design

Val - o piesă de mecanism realizată din, având o secțiune transversală de o anumită formă și care transmite cuplul altor elemente, determinându-le să se rotească.

Axa diferă de arbore prin faptul că servește doar pentru susținerea lor. Dacă axele sunt împărțite în mișcare și statice, atunci arborii se rotesc întotdeauna. Forma geometrică a axei poate fi doar dreaptă.

Arborele este format din următoarele secțiuni:

1. A sustine.
2. Intermediar.
3. Terminal.

Îngroșarea inelară se numește guler. Piesa intermediară dintre diferite diametre pentru fixarea pieselor de purtat se numește umăr.

Zona în care se modifică diametrul arborelui se numește filet. Pentru a crește rezistența, curbura fileului se modifică fără probleme. Există 2 tipuri de curbură: constantă și variabilă. Creșterea curburii filetului și realizarea găurilor speciale mărește fiabilitatea arborelui cu o zecime.

În funcție de distribuția sarcinilor, reflectate în grafice (diagrame) speciale, se determină lungimea și forma arborelui. Acest parametru depinde și de condițiile de asamblare și de metoda de fabricație.

Dimensiunile scaunelor pentru elementele rotative situate la capetele arborilor sunt strict standardizate conform standardelor GOST.

Materiale

Depinzând de forțe externe la care este supusă piesa de arbore în timpul funcționării se efectuează pentru fabricarea acesteia.

În acest scop, se folosesc cu un conținut ridicat de carbon, deoarece au caracteristici mecanice și rezistență la uzură îmbunătățite. Aceste piese sunt obținute prin laminare.

Cea mai mare parte a arborilor este realizată din oțel aliat de grad 45X, cu un conținut mediu de carbon. Pentru arborii supuși la solicitări mari se folosesc oțeluri 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ și altele, care sunt supuse unui proces de călire cu revenire ridicată.

În plus, pentru arborii cotiți grei, materialul folosit este fonta de înaltă rezistență, formată prin intercalarea incluziunilor sferice de carbon într-o rețea metalică și care conține Mg, Ca, Se, Y.

Clasificarea arborelui

După scop:

1. Arborele angrenajului pe care sunt amplasate părți ale mecanismului de angrenare (dintate, cuplaje, scripete).
2. Cei indigeni care poartă celelalte părți.

După forma axei:

1. Direct.
2. Manivelă.
3. Flexibil.

Liniile directe sunt împărțite în:

1. Neted.
2. A călcat.
3. Tipul de vierme.
4. Flanșată.
5. Arborele cardanice.

După forma secțiunii:

1. Neted.
2. Gol.
3. Splined.

Productie

Există mai multe etape de producție:

1. Efectuarea lucrărilor de proiectare și inginerie și calcule folosind software special.
2. Alegerea și achiziționarea materialului necesar care îndeplinește caracteristicile cerute. Dotarea cu echipamente de producție suplimentare, dacă este necesar.
3. Turnare.
4. Sudarea și șlefuirea.
5. Echilibrare dinamică.
6. Aplicarea unui strat protector.

Prima etapă este de obicei efectuată în biroul de proiectare. La terminarea lucrării se emite documentatia proiectului, continand calcule si date prelucrate, in stricta concordanta cu care se va realiza productia acestui tip de piesa.

În a doua etapă, se realizează selecția materialului piesei de prelucrat care îndeplinește caracteristicile de performanță cerute, iar producția este reechipată cu echipamente tehnologice.

A treia etapă se realizează cu ajutorul echipamentelor de strunjire, unde piesa de prelucrat este prelucrată și își dobândește geometria și dimensiunea. În acest caz, toate suprafețele piesei de prelucrat pot fi modificate.

În a patra etapă, se efectuează fixarea elemente individuale piesele de prelucrat prin sudarea lor și realizarea găurilor și canelurilor necesare. Apoi, folosind metode moderne măsurători, șlefuire și finisare la dimensiunile lor finale.

În etapa următoare, echilibrarea pieselor este verificată prin supunerea acestora la teste dinamice, deoarece de aceasta depinde complet transferul energiei de rotație către alte elemente ale mecanismului. Echilibrarea necorespunzătoare poate duce la funcționarea defectuoasă a echipamentului pe care va fi instalat arborele.

Ultima - a șasea etapă se caracterizează prin aplicarea unui strat special pe suprafața sa. Alegerea metodei și tipului de acoperire depinde de condițiile de funcționare.

Un strat subțire de cauciuc pe suprafața arborilor protejează împotriva acțiunii mediilor de reacție. Rezistența la coroziune este asigurată prin pulverizarea metalului cu arc electric a acestor piese.

Metoda de cromare este utilizată pentru a crește rezistența la uzură și pentru a reduce frecarea acestui tip de piese.

Piesa de arbore este utilizată pe scară largă în multe domenii ale industriei: industria auto, mașini-unelte, căi ferate, textile, industria lemnului.

După ce am examinat în detaliu întrebările puse mai sus, putem concluziona:

1. Arborele diferă de axă prin funcționalitatea și geometria sa.
2. Axul este format din 3 secțiuni (trunnion, gât, grin).
3. Există diferite tipuri de clasificare a arborelui în funcție de scop și formă.
4. Materialul piesei este oțel aliat de diferite grade, mai rar cu incluziuni sferice de carbon.
5. Fabricarea unui arbore include mai multe etape și necesită cunoștințe speciale și cheltuieli semnificative de resurse energetice.
6. Pentru a crește timpul de funcționare al arborilor în etapa de producție, suprafața acestora este acoperită cu materiale speciale.
7. Arborele este utilizat pe scară largă în multe mecanisme din diverse domenii ale activității umane.

MECANICA APLICATĂ ŞI

BAZELE DESIGNULUI

Cursul 8

ARBORE ȘI AXE

A.M. SINOTIN

Departamentul de Tehnologie și Automatizare a Producției

Arbori și osii Informații generale

Roțile dințate, scripetele, pinioanele și alte părți rotative ale mașinii sunt montate pe arbori sau osii.

Arbore conceput pentru a susține piesele așezate pe el și pentru a transmite cuplul. În timpul funcționării, arborele suferă îndoire și torsiune și, în unele cazuri, tensiune și compresie suplimentare.

Axă- o piesă destinată doar să susțină piesele care stau pe ea. Spre deosebire de un arbore, o osie nu transmite cuplu și, prin urmare, nu suferă torsiune. Axele pot fi staţionare sau se pot roti împreună cu piesele montate pe ele.

Varietate de arbori și osii

După forma lor geometrică, arborii sunt împărțiți în drepti (Figura 1), cotiți și flexibili.

1 – țeapă; 2 – gat; 3 – rulment

Figura 1 – Arbore în trepte drept

Arborii cotiți și arborii flexibili sunt piese speciale și nu sunt tratate în acest curs. Axele sunt de obicei făcute drepte. În design, arborii și osiile drepte diferă puțin unul de celălalt.

Lungimea arborilor și axelor drepte poate fi netedă sau în trepte. Formarea treptelor este asociată cu tensiuni diferite ale secțiunilor individuale, precum și cu condițiile de fabricație și cu ușurința de asamblare.

În funcție de tipul de secțiune, arborii și osiile pot fi pline sau goale. Secțiunea goală este folosită pentru a reduce greutatea sau pentru a fi plasată în interiorul unei alte piese.

Elemente structurale ale arborilor și osiilor

1 Trunions. Secțiunile arborelui sau ale axei aflate în suporturi se numesc osii. Ele sunt împărțite în spini, gât și călcâi.

Ghimpe numit jurnal, situat la capătul unui arbore sau ax și care transmite sarcină predominant radială (Fig. 1).

Figura 2 – Tocuri

Gât numit jurnal situat în partea de mijloc a arborelui sau axului. Rulmenții servesc drept suport pentru gât.

Tepii și gâturile pot fi cilindrice, conice sau sferice. În cele mai multe cazuri, se folosesc știfturi cilindrice (Fig. 1).

a cincea numit jurnal care transmite sarcina axială (Figura 2). Rulmenții axiali servesc drept suport pentru călcâi. Forma tocurilor poate fi solidă (Figura 2, a), inel (Figura 2, b) și pieptene (Figura 2, c). Tocuri pieptene sunt rar folosite.

2 Suprafețe de aterizare. Suprafețele de așezare ale arborilor și osiilor pentru butucii pieselor montate sunt cilindrice (Figura 1) și mai rar conice. La presarea potrivirilor, se consideră că diametrul acestor suprafețe este cu aproximativ 5% mai mare decât diametrul zonelor adiacente pentru ușurință de presare (Figura 1). Diametrele suprafețelor de așezare sunt selectate în conformitate cu GOST 6336-69, iar diametrele pentru rulmenți sunt selectate în conformitate cu standardele GOST pentru rulmenți.

3 Zone de tranziție. Secțiunile de tranziție dintre două etape ale arborilor sau osiilor efectuează:

Cu o canelură rotunjită pentru ieșirea discului de șlefuit în conformitate cu GOST 8820-69 (Figura 3, a). Aceste caneluri măresc concentrarea tensiunilor și, prin urmare, sunt recomandate la secțiunile de capăt unde momentele de încovoiere sunt mici;

Figura 3 – Secțiuni de tranziție ale arborelui

cu un file * cu rază constantă conform GOST 10948-64 (Figura 3, b);

Cu un filet cu rază variabilă (Figura 3, c), care ajută la reducerea concentrației de tensiuni și, prin urmare, este utilizat pe zonele puternic încărcate ale arborilor și osiilor.

Mijloacele eficiente pentru reducerea concentrației de tensiuni în zonele de tranziție sunt rotirea canelurilor de relief (Figura 4, a), creșterea razelor de filet și găurirea în trepte cu diametru mare (Figura 4, b).

Figura 4 – Metode de creștere a rezistenței la oboseală a arborilor

SCOPUL ŞI CLASIFICAREA ARBORELOR.ARBORE ȘI AXE

Piesele rotative ale mașinii (roți dințate, scripete, pinioane etc.) sunt amplasate pe arbori și osii. Arborii sunt proiectați să transmită cuplul de-a lungul axei lor. Forțele care apar în timpul transmiterii cuplului provoacă tensiuni de torsiune și încovoiere și uneori tensiuni de tracțiune sau compresiune.

Axele nu transmit cuplu; Forțele care acționează în ele provoacă doar solicitări de încovoiere (nu sunt luate în considerare cuplurile minore din forțele de frecare). Arborii se rotesc în rulmenți. Axele pot fi rotative sau fixe.

În funcție de scopul lor, ei disting între arbori de viteză și arbori principali, care transportă sarcina nu numai din părțile angrenajului, ci și din părțile de lucru ale mașinilor (discuri, freze, tamburi etc.).

După proiectarea lor, arborii pot fi împărțiți în drepti, cotiți și flexibili (Fig. 4.1). Arborele drepte cu design în trepte sunt utilizate pe scară largă. Această formă a arborelui este convenabilă în timpul instalării, deoarece vă permite să instalați piesa cu interferență fără a deteriora zonele adiacente și să asigurați fixarea sa axială. Umerii arborelui pot absorbi sarcini axiale semnificative. Cu toate acestea, la joncțiunile secțiunilor de diferite diametre, are loc concentrarea tensiunilor, ceea ce reduce rezistența arborelui.

Pentru a reduce greutatea arborelui și a asigura alimentarea cu ulei, lichid de răcire sau aer, se folosesc arbori tubulari.

Un grup special include arbori flexibili utilizați pentru a transmite cuplul între arbori ale căror axe de rotație sunt deplasate în spațiu.

Mașinile agricole, de ridicare și transport și alte mașini folosesc adesea arbori de transmisie, a căror lungime ajunge la câțiva metri. Sunt realizate din compozit, conectându-se folosind flanșe sau cuplaje.

Criterii de performanță a arborelui.

Designul, dimensiunile și materialul arborelui depind în mod semnificativ de criteriile care determină performanța acestuia. Performanța arborilor se caracterizează în principal prin rezistența și rigiditatea lor, iar în unele cazuri, rezistența la vibrații și rezistența la uzură.

Majoritatea arborilor de viteză se defectează din cauza rezistenței scăzute la oboseală. Defecțiunile arborelui în zona de concentrare a tensiunilor apar datorită acțiunii tensiunilor alternative. Pentru arborii cu viteză redusă care funcționează în condiții de suprasarcină, principalul criteriu de performanță este rezistența statică. Rigiditatea arborilor la îndoire și torsiune este determinată de valorile deformațiilor, unghiurilor de rotație ale liniei elastice și unghiurilor de răsucire. Mișcările elastice ale arborilor afectează negativ funcționarea angrenajelor și angrenajelor melcate, rulmenților, cuplajelor și altor elemente de antrenare, reducând precizia mecanismelor, crescând concentrația sarcinilor și uzura pieselor.

Pentru arborii de mare viteză, apariția rezonanței este periculoasă - un fenomen când frecvența oscilațiilor naturale coincide cu sau este un multiplu al frecvenței forțelor perturbatoare. Pentru a preveni rezonanța, se efectuează calcule de rezistență la vibrații. La instalarea arborilor pe rulmenți de alunecare, dimensiunile fustelor arborelui sunt determinate de starea rezistenței la uzură a suportului de alunecare.

Orez. 4.1 Tipuri de arbori și osii:

a - axa dreaptă; b - arbore plin în trepte; în - păşitarbore tubular; g - arborele cotit; d - arbore flexibil

Construcția arborelui se realizează în etape.

La prima etapă determinați sarcinile de proiectare, dezvoltați o diagramă de proiectare a arborelui și desenați diagrame de moment. Această etapă este precedată de o schiță a mecanismului, în timpul căreia dimensiunile principale ale arborelui și poziția relativă a pieselor implicate în transferul sarcinilor sunt determinate preliminar.

Sarcinile curente care sunt transferate arborelui de la piesă (scripetă, roată dințată, roată dințată etc.) sau de la arbore la piesă includ:

Forțele în cuplarea angrenajelor și angrenajelor melcate;

Sarcini pe arborii transmisiilor cu curea și lanț;

Sarcinile apărute în timpul instalării cuplajelor ca urmare a instalării incorecte și a altor erori.

Determinarea forțelor în cuplare și a sarcinilor pe arborii transmisiilor cu curea și lanț este discutată mai sus.

Când este instalat la capetele intrării; arborii de ieșire ai cuplajelor de legătură iau în considerare sarcina radială în consolă, care provoacă îndoirea arborelui. Se recomandă determinarea acestei sarcini conform GOST 16162-85.

Pentru arborii de intrare și de ieșire ai cutiilor de viteze elicoidale cu o singură treaptă și pentru arborii de mare viteză ai cutiilor de viteze de orice tip, sarcina în consolă poate fi calculată aproximativ folosind formula

; (4.1)

pentru arbori cu viteză mică a cutiilor de viteze cu două și trei trepte, precum și angrenaje melcate

; (4.2.)

unde T este cuplul pe arbore, N.m.

Se presupune pur și simplu că forțele și momentele transmise de butuc piesei sunt concentrate și aplicate la mijlocul lungimii sale.

Atunci când se realizează schema de proiectare, arborele este considerat ca o grindă articulată. Poziția fulcrului arborelui depinde de tipul de rulment (Fig. 4.2).

Orez. 4.2. Puncte de susținere a arborelui:

A - pe un rulment radial; b — pe un rulment de contact unghiular;

V - pe doi rulmenti intr-un singur suport; G - pe un lagăr plan.

Forțele care acționează în două planuri reciproc perpendiculare (vertical și orizontal) sunt transferate în puncte de pe axa arborelui. Construiți diagrame ale momentelor de încovoiere și de cuplu în două plane (Fig. 4.3).

Momentul din forța circumferențială este reprezentat pe diagrama cuplurilor, din forța axială în plan vertical - sub forma unui salt M′ z pe diagrama momentelor încovoietoare. Diagramele sunt construite conform metodologiei prezentate în cursul privind rezistența materialelor.

Cu ajutorul diagramelor se determină momentele totale încovoietoare din orice secțiune. Deci în secțiunea 1-1 cel mai mare moment total

unde Mz 1 — momentul încovoietor într-o secțiune periculoasă din planul ZY ; M x1 - momentul încovoietor într-o secțiune periculoasă în planul XY; M k1 este momentul încovoietor în planul de acțiune al sarcinii în consolă. Prin compararea valorilor obtinute se identifica cele mai periculoase sectiuni de arbore.

La a doua etapă dezvolta proiectarea arborelui. Diametrul secțiunii de evacuare este determinat în prealabil de efortul de torsiune admisibil condiționat [τ], luându-l egal cu 15-25 MPa.

Diametrul arborelui, mm,

Dacă se alege un design de arbore în trepte, determinați diametrele și lungimile secțiunilor sale folosind o diagramă de calcul sau o schiță (vezi mai sus)

Orez. 4.3. Diagrame de încărcare a arborelui. Diagrame de momente de încovoiere și cuplu Se recomandă specificarea dimensiunilor acceptate conform GOST 6636-69*.

Forma în trepte a arborelui este de preferată, deoarece simplifică asamblarea îmbinărilor de tensionare, previne deteriorarea zonelor cu suprafețe cu finisaj crescut al suprafeței, iar forma arborelui se apropie de un fascicul de rezistență egală. Totuși, acolo unde se întâlnesc secțiuni de diferite diametre, apar concentrații de tensiuni, ceea ce reduce rezistența arborelui, iar atunci când se folosește o tijă sau forjare ca piesă de prelucrat, tehnologia de fabricație devine mai complicată și consumul de metal crește. Pentru a reduce concentrația tensiunilor și, în consecință, a crește rezistența la oboseală a arborelui, secțiunile de tranziție sunt cel mai adesea realizate cu file (Fig. 4.4). Raza filetului r și înălțimea umărului (lavară) sunt selectate în funcție de diametrul arborelui d, forța axială, dimensiunile R, c 1 și forma piesei instalate (Tabelul 4.1).

Orez. 4.4. Secțiuni de tranziție ale arborelui sub formă de file

Tabelul 4.1 Dimensiunile fileurilor, mm. (vezi Fig. 4.4.)

Dacă marginea servește pentru fixarea axială a rulmentului, atunci înălțimea h. (Tabelul 4.2) ar trebui să fie mai mică decât grosimea inelului interior al rulmentului cu o cantitate t suficientă pentru a găzdui picioarele tractorului în timpul demontării.

Canelurile pentru ieșirea discului de șlefuire (Fig. 4.5) provoacă o concentrație mai mare de solicitări decât fileurile. Tranzițiile cu astfel de caneluri sunt efectuate cu o marjă de siguranță semnificativă a arborelui. Dimensiunile canelurilor sunt date în Tabelul 4.3.

Pentru a elimina jocurile axiale, lungimea secțiunii de aterizare a arborelui trebuie să fie puțin mai mică decât lungimea butucului piesei montate. Pentru ușurința instalării, secțiunea arborelui pentru fixarea prin interferență trebuie să aibă teșituri și teșituri (Fig. 4.6, a, b, Tabelul 4.4).

Orez. 4.5. Caneluri de ieșire a discului de șlefuit:

a, b - pentru șlefuirea suprafeței cilindrice a arborelui;

c - pentru șlefuirea unei suprafețe cilindrice și a capătului unui umăr

Dacă secțiunea arborelui nu are coliere de împingere, atunci se recomandă ca diametrul acestuia să fie cu 5% mai mic decât diametrul de aterizare (Fig. 4.6, c).

Forma secțiunii de ieșire a arborelui (Fig. 4.7) poate fi cilindrică (GOST 12080-66*) sau conică (GOST 12081-72*). Capătul conic al arborelui este mai dificil de realizat. Cu toate acestea, îmbinările conice au o capacitate mare de încărcare și sunt mai ușor de asamblat și dezasamblat. Forța axială este creată prin strângerea piuliței. Pentru a face acest lucru, la capătul tijei este prevăzut un fir de fixare.

Orez. 4.6. Teșituri (a), teșituri (b) și zone de tranziție (c)

Orez. 4.7. Secțiunile arborelui de ieșire: a - cilindric, b - conic

Forma și dimensiunile canelurilor de pe arbore depind de tipul de cheie și de instrumentul de tăiere. Fantele pentru cheile paralele realizate cu un tăietor cu disc provoacă o concentrare mai mică a tensiunilor. Cu toate acestea, fixarea cheii aici este mai puțin fiabilă, iar canelura este mai lungă datorită zonelor de ieșire a tăietorului (Fig. 4.8). Dacă există caneluri pentru chei paralele, este necesar să se prevadă astfel de dimensiuni pentru secțiunile arborilor trepți, astfel încât demontarea pieselor să aibă loc fără îndepărtarea cheilor, deoarece cheile sunt instalate în caneluri folosind o fixare prin presare și îndepărtarea lor nu este de dorit. .

Prin urmare, diametrul d 2 al locului de aterizare adiacent se determină ținând cont de înălțimea hdibluri:

unde t 2 este adâncimea canelurii din butuc, mm

Orez. 4.8. Canale de cheie:

a - realizat cu un tăietor de degete; b—cutter de disc.

Denumiri: l - lungimea de lucru a cheii; b—latimea cheii;

lout - lungimea secțiunii pentru ieșirea tăietorului; Dfr - diametrul tăietorului cu discuri

Dacă această condiție nu poate fi îndeplinită pe secțiunile de ieșire ale arborilor, atunci canalul cheie este frezat „pentru trecere”. La instalarea mai multor chei pe un arbore, acestea trebuie plasate în același plan și, dacă este posibil, trebuie asigurată aceeași lățime a canelurilor, în funcție de condițiile de rezistență a conexiunilor cheii. Acest lucru vă permite să procesați caneluri fără a schimba poziția arborelui și cu o singură unealtă.

Dimensiunile dinților secțiunilor spline sunt selectate ținând cont de diametrele secțiunilor de aterizare a arborelui adiacente. Pentru ieșirea sculei de tăiere, diametrul interior d al dinților secțiunii canelare situate între lagăre trebuie să fie mai mare decât diametrul scaunului rulmentului. În caz contrar, pentru ieșirea tăietorului, o secțiune de lungime l afară (Fig. 4.9, Tabelul 4.5).

Folosind același principiu, secțiunile filetate ale arborilor sunt proiectate pentru piulițe cu caneluri rotunde. În secțiuni, sunt prevăzute caneluri pentru ieșirea sculei de tăiere a filetului (Fig. 4.10, Tabel 4.6) și pentru limba șaibei de blocare cu mai multe fălci.

Orez. 4.9. Secțiuni de arbore canelate

Tabelul 4.5. Diametrul frezei pentru caneluri drepte (vezi Fig. 4.9)

Tabelul 4.6. Dimensiunile canelurilor tipuri diferite, mm (vezi Fig. 4.11.)

Notă. Pentru canelurile de tip I, raza de teșire este r 1= 0,5 mm.

La fabricarea unui arbore ca o singură piesă cu o roată dințată (Fig. 4.11), materialul arborelui și metoda de tratament termic sunt selectate în funcție de condițiile de rezistență a dinților angrenajului.

Pentru fabricarea arborilor se folosesc oțeluri de structură carbon 40, 45, 50 și oțel aliat cu duritate 40X. HB≤ 300. Oțelurile aliate 40KhN, 30KhGSA, 30KhGT și alte calități cu întărire ulterioară prin căldură de înaltă frecvență sunt folosite pentru arbori cu încărcare mare. Pentru a crește rezistența la uzură a fustelor, arborii de mare viteză care se rotesc în rulmenți sunt fabricați din oțeluri de cementare 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ sau oțel nitrurat 38Х2МУА. Dacă dimensiunile arborelui sunt determinate de condițiile de rigiditate, atunci este posibil

utilizați oțel art. 5, art. 6. Acest lucru este permis dacă nu există suprafețe de uzură pe arbore (tornioane, caneluri etc.), care necesită oțeluri rezistente, tratate termic. Arborii formați (de exemplu, arborii cotit) sunt fabricați din fontă modificată și de înaltă rezistență.

Caracteristicile mecanice ale arborilor sunt indicate în Tabelul 4.7.

La a treia etapă inginerii proiectanți efectuează un calcul de probă a arborelui, determinând solicitarea echivalentă sau factorul de siguranță în secțiunile cele mai periculoase.

Pentru arborii care funcționează sub suprasarcini de scurtă durată, pentru a preveni deformațiile plastice, se efectuează un calcul de încercare pentru rezistența statică. Tensiunea echivalentă în secțiunea periculoasă, MPa,

; (4.6)

unde d este diametrul arborelui, mm; M—momentul încovoietor maxim, N.m; T—cuplul maxim, N.m.

Stresul permis, MPa,

unde σ t este limita de curgere, MPa; S T - marja de siguranță pentru limita de curgere: S T = 1,2-1,8.

Calculul de verificare a axelor se realizează conform formulei (4.6) la T = 0.

Pentru sarcini pe termen lung, se efectuează un calcul de testare pentru rezistența la oboseală. Factorul de siguranță la oboseală

; (4.8)

unde S σ ; Sτ - factori de siguranță pentru solicitările de încovoiere și respectiv de torsiune; [S] - factor de siguranță admis: [S] = 2-2,5.

Factorul de siguranță pentru solicitările de încovoiere

; (4.9)

Orez. 4.11. Designul arborelui este roți dințate.

Denumiri: da1 - diametrul angrenajului; dB—diametrul arborelui;

dП - diametrul de aterizare al arborelui pentru rulment prin solicitarea de torsiune

; (4.10)

unde σ -1, -1 sunt limitele de rezistență ale materialului arborelui, respectiv, în timpul îndoirii și torsii cu un ciclu alternativ simetric, MPa (vezi Tabelul 4.7); K σ D , K D - coeficienții de concentrare a tensiunilor, ținând cont de influența tuturor factorilor asupra rezistenței la oboseală; σ a, D—componente variabile ale ciclului de efort (amplitudine), MPa; ψ σ ψ — coeficienți care caracterizează sensibilitatea materialului la asimetria ciclului de tensiuni (vezi Tabelul 4.7); σm; m sunt componentele constante ale ciclului de schimbare a tensiunii, MPa.

Componentele ciclului de modificare a tensiunii de încovoiere:

; (4.11)

unde M Σ este momentul încovoietor total, N. m; W o - momentul de rezistenţă a secţiunii arborelui la încovoiere) mm 3; F a - forța axială. N; A este aria secțiunii transversale a arborelui, mm 2: A = nd 2 /4.