Osovina u mehanizmu. Opće informacije o vratilima i osovinama
NAMJENA I KLASIFIKACIJA VRATILA.VRATILA I SJEKIRE
Rotirajući dijelovi stroja (zupčanici, remenice, lančanici itd.) postavljeni su na vratila i osovine. Osovine su dizajnirane za prijenos momenta duž svoje osi. Sile koje nastaju pri prijenosu zakretnog momenta uzrokuju naprezanja uvijanja i savijanja, a ponekad i vlačna ili tlačna naprezanja.
Osovine ne prenose okretni moment; sile koje u njima djeluju izazivaju samo naprezanja savijanja (manji momenti od sila trenja se ne uzimaju u obzir). Osovine se okreću u ležajevima. Os može biti rotirajuća ili nepomična.
Prema namjeni razlikuju se osovine zupčanika i glavne osovine, koje nose opterećenje ne samo od dijelova zupčanika, već i od radnih tijela strojeva (diskovi, glodalice, bubnjevi itd.).
Po izvedbi vratila se mogu podijeliti na ravne, koljenaste i savitljive (slika 4.1). Široko korištena pravocrtna vratila stepenastog dizajna. Ovaj oblik osovine je prikladan tijekom instalacije, jer vam omogućuje da ugradite dio s interferencijom bez oštećenja susjednih dijelova i osigurate njegovu aksijalnu fiksaciju. Izbočine vratila mogu podnijeti značajna aksijalna opterećenja. Međutim, na mjestima konjugacije presjeka različitih promjera dolazi do koncentracije naprezanja, što smanjuje čvrstoću osovine.
Šuplje osovine služe za smanjenje mase osovine, te za osiguranje dovoda ulja, rashladne tekućine ili zraka.
Posebnu skupinu čine savitljiva vratila koja služe za prijenos momenta između vratila čije su osi vrtnje pomaknute u prostoru.
U poljoprivrednim, dizno-transportnim i drugim strojevima često se koriste prijenosna vratila čija duljina doseže nekoliko metara. Izrađuju se kompozitno, spajajući se uz pomoć prirubnica ili spojnica.
Kriteriji izvedbe osovine.
Dizajn, dimenzije i materijal osovine bitno ovise o kriterijima koji određuju njezinu izvedbu. Učinkovitost osovina uglavnom se karakterizira njihovom čvrstoćom i krutošću, au nekim slučajevima i otpornošću na vibracije i habanje.
Većina prijenosnih vratila otkazuje zbog niske čvrstoće na zamor. Lomovi vratila u zoni koncentracije naprezanja nastaju djelovanjem promjenljivih naprezanja. Za osovine male brzine koje rade s preopterećenjima, glavni kriterij za izvedbu je statička čvrstoća. Krutost osovina tijekom savijanja i torzije određena je vrijednostima otklona, kutovima rotacije elastične linije i kutovima uvijanja. Elastična kretanja osovina nepovoljno utječu na rad zupčanika i pužnih zupčanika, ležajeva, spojnica i drugih pogonskih elemenata, smanjujući točnost mehanizama, povećavajući koncentraciju opterećenja i trošenje dijelova.
Za brzohodne osovine opasna je pojava rezonancije - pojave kada se frekvencija vlastitih oscilacija podudara ili je višekratnik frekvencije ometajućih sila. Kako bi se spriječila rezonancija, izračunava se otpornost na vibracije. Kod ugradnje vratila na klizne ležajeve, dimenzije osovina vratila određuju se iz uvjeta otpornosti na habanje kliznog nosača.
Riža. 4.1 Vrste vratila i osovina:
a - ravna os; b - stepenasto čvrsto vratilo; c - stepenastošuplja osovina; g - radilica; d - savitljiva osovina
Dizajn osovine provodi se u fazama.
U prvoj fazi odrediti proračunska opterećenja, izraditi proračunsku shemu vratila, nacrtati dijagrame momenata. Ovoj fazi prethodi skica izgleda mehanizma, tijekom koje su preliminarno određene glavne dimenzije osovine i relativni položaj dijelova uključenih u prijenos opterećenja.
Trenutna opterećenja koja se prenose na osovinu sa strane dijela (remenice, lančanika, zupčanika itd.) ili s osovine na dio uključuju:
Sile u zahvatu zupčanika i pužnih prijenosnika;
Opterećenja na osovinama remenskih i lančanih prijenosa;
Opterećenja koja nastaju tijekom ugradnje spojnica kao rezultat netočnosti pri montaži i drugih pogrešaka.
Određivanje sila zahvata i opterećenja na osovinama remenskih i lančanih prijenosa razmatrano je gore.
Kada je instaliran na krajevima ulaza; izlazne osovine spojki uzimaju u obzir radijalno konzolno opterećenje, koje uzrokuje savijanje osovine. Ovo opterećenje se preporučuje odrediti prema GOST 16162-85.
Za ulazna i izlazna vratila jednostupanjskih mjenjača sa zavojnim konusom i za vratila velikih brzina mjenjača bilo koje vrste, konzolno opterećenje može se približno izračunati formulom
; (4.1)
za sporohodne osovine dvo- i trostepenih mjenjača, kao i pužnih zupčanika
; (4.2.)
gdje je T zakretni moment na osovini, N. m.
Jednostavno se pretpostavlja da su sile i momenti koje glavčina prenosi na dio koncentrirani i primijenjeni na sredini njegove duljine.
Dok radite shema dizajna osovina se smatra zglobnom gredom. Položaj uporišne točke vratila ovisi o vrsti ležaja (sl. 4.2).
Riža. 4.2. Oslonske točke vratila:
a - na radijalnom ležaju; b - na radijalnom potisnom ležaju;
u - na dva ležaja u jednom nosaču; G - na kliznom ležaju.
Sile koje djeluju u dvije međusobno okomite ravnine (vertikalna i horizontalna) prenose se na točke na osi vratila. Dijagrami savijanja i zakretnih momenata izgrađeni su u dvije ravnine (slika 4.3).
Moment od obodne sile prikazan je na dijagramu momenta, od aksijalne sile u vertikalnoj ravnini - u obliku skoka M′ z na dijagramu momenata savijanja. Parcele se grade prema metodologiji navedenoj u kolegiju Čvrstoća materijala.
Dijagrami određuju ukupne momente savijanja u bilo kojem presjeku. Dakle, u odjeljku 1-1 najveći ukupni moment
gdje je M z 1 — moment savijanja u opasnom presjeku u ravnini ZY ; M x1 - moment savijanja u opasnom presjeku u ravnini XY; M k1 - moment savijanja u ravnini djelovanja konzolnog opterećenja. Usporedbom dobivenih vrijednosti izdvajaju se najopasniji dijelovi okna.
U drugoj fazi razviti dizajn osovine. Preliminarno odredite promjer izlaznog dijela prema uvjetno dopuštenom torzijskom naprezanju [τ], uzimajući ga jednakim 15-25 MPa.
Promjer osovine, mm,
Ako je odabran stepenasti dizajn osovine, promjeri i duljine njegovih dijelova određuju se pomoću proračunske sheme ili skice (vidi gore)
Riža. 4.3. Sheme opterećenja osovine. Dijagrami momenata savijanja i zakretnog momenta Preporuča se da se prihvaćene dimenzije navedu u skladu s GOST 6636-69 *.
Poželjan je stepenasti oblik osovine, jer pojednostavljuje montažu spojeva s interferencijom, sprječava oštećenje područja s površinama povećane čistoće, oblik osovine približava se gredi jednake čvrstoće. Međutim, na mjestima konjugacije presjeka različitih promjera dolazi do koncentracije naprezanja, što smanjuje čvrstoću osovine, a kada se šipka ili kovanje koriste kao obradak, tehnologija proizvodnje postaje kompliciranija, a potrošnja metala se povećava. . Da bi se smanjila koncentracija naprezanja, a samim tim i povećala čvrstoća na zamor osovine, prijelazni presjeci se najčešće izvode s uglama (slika 4.4). Polumjer ugla r i visina ramena (izbočine) odabiru se ovisno o promjeru osovine d, aksijalnoj sili, dimenzijama R, c 1 i obliku dijela koji se ugrađuje (tablica 4.1).
Riža. 4.4. Prijelazni dijelovi osovine u obliku fileta
Tablica 4.1 Dimenzije ugla, mm. (Vidi sl.4.4.)
Ako izbočina služi za aksijalno učvršćenje ležaja, tada je visina h. (Tablica 4.2) treba biti manja od debljine unutarnjeg prstena ležaja za iznos t koji je dovoljan za prihvat nogu izvlakača tijekom rastavljanja.
Izlazni utori brusna ploča(Sl. 4.5) uzrokuju veću koncentraciju naprezanja nego fileti. Prijelazi s takvim utorima izvode se uz značajnu marginu sigurnosti osovine. Dimenzije utora date su u tablici 4.3.
Da biste izbjegli aksijalne zazore, duljina sjedišta osovine treba biti nešto manja od duljine glavčine montiranog dijela. Radi lakše ugradnje, dio osovine za smetnju mora imati kosine i skošenja (sl. 4.6, a, b, tablica 4.4).
Riža. 4.5. Utori za izlaz brusne ploče:
a, b - za brušenje cilindrične površine osovine;
c - za brušenje cilindrične površine i kraja izbočine
Ako dio osovine nema postojana ramena, tada se preporučuje da njegov promjer bude 5% manji od promjera provrta (slika 4.6, c).
Oblik izlaznog dijela osovine (slika 4.7) može biti cilindričan (GOST 12080-66 *) ili konusni (GOST 12081-72 *). Konusni kraj osovine je teže izvesti. Međutim, stožasti spojevi imaju veliku pun kapacitet Lakše ih je sastaviti i rastaviti. Aksijalna sila se stvara zatezanjem matice. Da biste to učinili, na kraju drške nalazi se navoj za pričvršćivanje.
Riža. 4.6. Iskošenja (a), skošenja (b) i prijelazni dijelovi (c)
Riža. 4.7. Izlazni dijelovi osovina: a - cilindrični, b - konusni
Oblik i dimenzije utora za klin na osovini ovise o vrsti klina i alat za rezanje. Napravljeni utori za pernate ključeve disk rezač, uzrokuju manju koncentraciju stresa. Međutim, fiksacija ključa ovdje je manje pouzdana, a utor je dulji zbog dijelova za izlaz rezača (slika 4.8). Ako postoje utori za peraste ključeve, potrebno je osigurati takve dimenzije presjeka stepenastih osovina da se demontaža dijelova odvija bez uklanjanja ključeva, budući da su ključevi ugrađeni u utore s prešanim spojem i njihovo uklanjanje je nepoželjan.
Stoga se promjer d 2 susjednog mjesta slijetanja određuje uzimajući u obzir visinu htipke:
gdje je t 2 dubina utora u glavčini, mm
Riža. 4.8. Utori za ključeve:
a - napravljeno rezačem prstiju; b - disk rezač.
Oznake: l - radna duljina ključa; b - širina ključa;
lout - duljina odsječka za izlaz rezača; Dfr - promjer disk rezača
Ako ovaj uvjet nije izvediv na izlaznim dijelovima vratila, tada se utor za klin gloda "na prijelaz". Prilikom ugradnje nekoliko ključeva na osovinu, treba ih postaviti u istoj ravnini i predvidjeti im, ako je moguće, istu širinu utora, podložno uvjetima čvrstoće spojeva ključeva. To vam omogućuje obradu utora bez mijenjanja položaja osovine i s jednim alatom.
Dimenzije zuba klinastih dijelova biraju se uzimajući u obzir promjere susjednih dosjednih dijelova osovine. Za izlaz reznog alata, unutarnji promjer d zuba klinastog dijela koji se nalazi između ležajeva mora biti veći od promjera provrta ležaja. U suprotnom, za izlaz rezača potreban je dio duljine od l izlaz (sl. 4.9, tablica 4.5).
Po istom principu, navojni dijelovi osovine su dizajnirani za okrugle matice s prorezima. U dijelovima su predviđeni utori za izlaz alata za rezanje navoja (Sl. 4.10, Tablica 4.6) i ispod pera višekrake podloške.
Riža. 4.9. Nazubljeni dijelovi vratila
Tablica 4.5. Promjer rezača za ravne utore (vidi sl. 4.9)
Tablica 4.6. Dimenzije utora različiti tipovi, mm (vidi sliku 4.11.)
Bilješka. Utori tipa I imaju radijus skošenja r1= 0,5 mm.
Pri izradi vratila u jednom komadu sa zupčanikom (sl. 4.11) materijal vratila i način toplinske obrade biraju se prema čvrstoći zuba zupčanika.
Za izradu osovina koriste se ugljični konstrukcijski čelici 40, 45, 50 i legirani čelici 40X tvrdoće. HB≤ 300. Za jako opterećene osovine koriste se legirani čelici 40KhN, 30KhGSA, 30KhGT i drugi razredi s naknadnim HDTV kaljenjem. Osovine velike brzine koje se okreću u kliznim ležajevima izrađene su od karburiziranih čelika 20Kh, 12KhNZA, 18KhGT ili nitriranog čelika 38Kh2MYUA kako bi se povećala otpornost na habanje klinova. Ako su dimenzije osovine određene uvjetima krutosti, tada je moguće
koristiti čelik St. 5, čl. 6. Ovo je dopušteno ako na vratilu nema habajućih površina (krakovi, klinovi, itd.) za koje su potrebni jaki, toplinski obrađeni čelici. Oblikovana vratila (na primjer, radilice) izrađena su od visokočvrstog i modificiranog lijevanog željeza.
Mehaničke karakteristike vratila date su u tablici 4.7.
U trećoj fazi projektiranje izvršiti verifikacijski izračun osovine, određivanje ekvivalentnog naprezanja ili granice sigurnosti u najopasnijim dijelovima.
Za osovine koje rade u načinu kratkotrajnih preopterećenja, kako bi se spriječile plastične deformacije, provodi se verifikacijski proračun za statičku čvrstoću. Ekvivalentni napon u opasnom dijelu, MPa,
; (4.6)
gdje je d promjer osovine, mm; M - najveći moment savijanja, N. m; T - najveći zakretni moment, N. m.
Dopušteno naprezanje, MPa,
gdje je σ t granica razvlačenja, MPa; S T - granica sigurnosti u smislu granice razvlačenja: S T \u003d 1,2-1,8.
Izračun provjere osi provodi se prema formuli (4.6) pri T = 0.
Za dugotrajna opterećenja provodi se verifikacijski proračun otpornosti na zamor. Faktor sigurnosti zamora
; (4.8)
gdje je S σ ; Sτ - faktori sigurnosti, odnosno za naprezanja savijanja i torzije; [S] - dopušteni faktor sigurnosti: [S] = 2-2,5.
Faktor sigurnosti za naprezanja savijanja
; (4.9)
Riža. 4.11. Izvedba vratila - zupčanici.
Oznake: da1 - promjer zupčanika; dB je promjer osovine;
dP - promjer osovine za ležaj prema torzijskim naprezanjima
; (4.10)
gdje su σ -1, -1 granice izdržljivosti materijala osovine pri savijanju i torziji sa simetričnim ciklusom promjene predznaka, MPa (vidi tablicu 4.7); K σ D , K D - faktori koncentracije naprezanja, uzimajući u obzir utjecaj svih čimbenika na otpornost na zamor; σ a, D - promjenjive komponente ciklusa naprezanja (amplituda), MPa; ψ σ ψ - koeficijenti koji karakteriziraju osjetljivost materijala na asimetriju ciklusa naprezanja (vidi tablicu 4.7); σ m ; m - konstantne komponente ciklusa promjena naprezanja, MPa.
Komponente ciklusa promjena naprezanja savijanja:
; (4.11)
gdje je M Σ ukupni moment savijanja, N.m; W o - moment otpora presjeka osovine na savijanje-bu) mm 3; F a - aksijalna sila. H; A - površina poprečnog presjeka osovine, mm 2: A \u003d nd 2 / 4.
VRATILA I SJEKIRE
Osnovne informacije
Dijelovi na kojima su pričvršćeni rotirajući dijelovi strojeva (na primjer, remenice, zupčanici) nazivaju se vratila i osovine. razlikovati vratila i osovine prema uvjetima opterećenja:
· vratila prenose moment duž svoje osi rotacije i doživljava naprezanja savijanja, pritiska, zatezanja i torzije;
· osovine ne prenose moment a opterećeni su samo naprezanjima na savijanje.
Vratila i osovine imaju slične oblike i jedno opća funkcija- podupiru dijelove montirane na njih (klasifikacija osovina prikazana je u tablici 1.1).
Tablica 1.1
Klasifikacije osovina
Treba napomenuti da je glatka osovina lakše izraditi od stepenaste osovine, te da se ponekad osovine i osovine izrađuju šuplje, kako da se smanji težina, tako i da se drugi rotirajući dijelovi ugrade unutar osovine. šuplja osovina s omjerom promjera unutarnja rupa na vanjski promjer osovine, jednak 0,75, lakši od čvrste osovine jednake čvrstoće gotovo 2 puta.
U masovnoj proizvodnji ponekad se koriste šuplja zavarena vratila izrađena od čelične trake namotane duž spirale. Istovremeno se štedi do 60% metala.
Po dizajnu, osovine su podijeljene u 2 glavne skupine:
1) pomične osovine , rotirajući u nosačima zajedno s dijelovima montiranim na njih (Sl. 1.1, a);
2) fiksne osovine , služeći kao oslonci za dijelove koji se okreću na njima (Sl. 1.1, b).
Riža. 1.1. Primjeri dizajna osovina:
a - pomična osovina; b - fiksna osovina
Osovine i osovine obično su konstruirane u obliku šipki koje se sastoje od niza cilindričnih dijelova različitih promjera. Dijelovi montirani na osovine i osovine pričvršćeni su klinovima ili klinovima. U aksijalnom smjeru, dijelovi su fiksirani u odnosu na osovine i osovine uz pomoć distantnih prstenova (ili čahura), kao i zbog prisutnosti obujmica i ramena na osovinama.
Stepenasta osovina ili osi također je određena željom da se njihovi obrisi približe obliku grede jednake otpornosti na savijanje. Greda jednake otpornosti na savijanje naziva se greda u kojoj su u svim presjecima najveća naprezanja savijanja jednaka. Takva okrugla šipka poprečni presjek ima oblik kubičnog paraboloida duž svoje osi.
Međutim, vrlo je teško napraviti šipku koja ima oblik kubičnog paraboloida, a ovaj oblik je nezgodan za postavljanje dijelova koji su s njim povezani na osovinu. Stoga se osovina (os) sastoji od cilindričnih i konusnih presjeka različitih promjera (slika 1.2). To se radi kako bi materijal osovine bio što ravnomjernije opterećen cijelim volumenom.
Riža. 1.2. Primjer konstrukcije stepeničnog vratila
Osovine i osovine oslanjaju se na nepomične nosive dijelove - ležajeve i potisne ležajeve. Nazivaju se dijelovi osovina i vratila koji su u izravnom kontaktu s nosačima rogovi . Završne igle se nazivaju šiljasti , a međupinovi - vratovi . Krajevi koji se naslanjaju na nepomični nosač i sprječavaju aksijalni pomak osovine (osovine) nazivaju se pete. Mogu biti ravne, kuglaste ili konusne.
Razlika između dva susjedna dijela osovine naziva se korak , na primjer: jedan od koraka osovine– promjer drške d a susjedno područje s promjerom D (vidi sl. 1.2). Minimalna veličina koraka je 2...3 mm po strani, tj. razlika radijusa. Međutim, promjeri D i d mora biti u skladu s normalnim linearnim dimenzijama u skladu s GOST 6636-69.
Krajnje površine koraka osovine (osi) nazivaju se ramena . Razlika između promjera susjednih cilindričnih dijelova osovine (osovine) treba osigurati dovoljne dimenzije ramena za aksijalno učvršćivanje rotacijskih dijelova montiranih na osovini (osovini).
Konjugacija dvaju susjednih odjeljaka stupnja osovine (osi), tzv file , poželjno je izvesti kroz glatki prijelaz luka što većeg radijusa. Radijus ugla se obično uzima u rasponu od 0,05 . d prije 0,10. d (vidi sl. 1.2).
Fillet smanjuje koncentraciju naprezanja na prijelazu s jednog promjera osovine na drugi . Ovo je posebno važno za promjenjiva opterećenja na vratilu.
Riža. 1.3. Vrste fileta na stepenicama osovine:
a - stalni radijus; b - dva radijusa;
u - s konstantnim radijusom i s utorom koji rasterećuje koncentraciju naprezanja; G - s podrezom u ramenu drške
Prijelaz s jednog promjera osovine na drugi, napravljen prema sl. 1.4, a, je iracionalan, budući da je podrez jak koncentrator naprezanja. Utjecaj podreza može se donekle ublažiti izvođenjem prema sl. 1.4 b.
Riža. 1.4. Utori na osovini: a - bez fileta ; b - zaobljena
Dizajn vratila i osovina određen je uvjetima njihovog rada. U nizu poljoprivrednih strojeva za prijenos okretnog momenta koriste se duge (do 20 m) složene osovine. Takve se osovine nazivaju prijenos. Koristi se u klipnim motorima i kompresorima koljenaste osovine, koji ima slomljenu os rotacije.
Za prijenos zakretnog momenta između jedinica s prostorno pomaknutim osima ulaznog i izlaznog vratila koriste se fleksibilna vratila koja tijekom rada imaju zakrivljenu geometrijsku os. Ove osovine imaju visoku torzijsku krutost i malu krutost na savijanje. Primjer je fleksibilna osovina svrdla u stomatologiji.
Predavanje 6. Vratila i osovine.
Pitanja za proučavanje:
1. Namjena, izvedba i materijali vratila i osovina.
2. Kriteriji izvedbe i proračun vratila i osovina.
3. Proračun osovina.
4. Spojevi s klinovima i klinovima.
5. Proračun čvrstoće veza s paralelnim ključevima.
6. Pin spojevi.
1. Namjena, izvedba i materijali vratila i osovina.
Vratilo oni nazivaju dio (obično glatkog ili stepenastog cilindričnog oblika) dizajniran za podupiranje remenica, zupčanika, lančanika, valjka itd. ugrađenih na njega, i za prijenos okretnog momenta.
Tijekom rada, osovina doživljava savijanje i torziju, au nekim slučajevima, osim savijanja i torzije, osovine mogu doživjeti i vlačnu (tlačnu) deformaciju.
Neke osovine ne podržavaju rotirajuće dijelove i rade samo u torziji.
Vratilo 1 (Sl. 8.1, str. 204 Markhel) ima oslonce 2 nazivaju ležajevi. Dio vratila pokriven osloncem naziva se poluga . Završne igle nazivaju se šiljci 3 , a srednji - vratovi 4 .
Klasifikacija vratila i osovina.
Po dogovoru osovine se dijele na:
Osovine zupčanika (na njih su ugrađeni dijelovi zupčanika);
Glavna vratila (na njih su dodatno ugrađena radna tijela stroja).
Po geometrijskom obliku osovine se dijele na:
Ravne linije (vidi sl. 8.1);
Ručice (Sl. 8.3, a);
Radilica (Sl. 8.3, b);
Fleksibilan (sl.8.3, u);
Teleskopski (Sl. 8.3, G);
Kardan (Sl. 8.3, d).
Koljenasta vratila i koljenasta vratila služe za pretvaranje povratnog gibanja u rotacijsko (klipni motori) ili obrnuto (kompresori); fleksibilan - za prijenos momenta između čvorova stroja koji mijenjaju svoj položaj u radu (građevinski mehanizmi, zubarski strojevi itd.); teleskopski - ako je potrebno, aksijalno pomicanje jedne osovine u odnosu na drugu.
Prema značajkama dizajna: glatke osovine i osovine (slika 8.2); stepenaste osovine i osovine (vidi sl. 8.1); osovine zupčanika (vidi sl. 3.36; 3.46, u); pužne osovine (vidi sl. 5.1, poz. 1 ).
Po vrsti odjeljka vratila i osovine su:
Čvrsto (vidi sl. 8.2, a);
Šuplje (vidi sl. 8.2, b);
Kombinirano (slika 8.3, d).
Parcele 1 osovine i osovine (sl. 8.4), s kojima su osloniti se na ležajeve u percepciji aksijalnih opterećenja, tzv pete . Pete služe kao oslonci za pete 2 . Nasjedne površine vratila i osovina za glavčine montiranih dijelova su cilindrične, konusne ili sferne. Cilindrične osovine imaju široku primjenu u strojogradnji; konusne i kuglaste igle; konusni i kuglasti iglovi se rijetko koriste.
Pitanje : Kako se zovu igle prikazane na sl. 8,5?
- na sl. 8.5, a - cilindrični zatik;
- na sl. 8.5, b - stožasti;
- na slici 8.5, c - sferni.
Izvode se prijelazni dijelovi (ispuni) između stepenica vratila i osovina kako bi se smanjila koncentracija naprezanja i povećala trajnost. Krajevi vratila i osovina izrađeni su s skošena, tj. na kraju ih malo sameljite. Dosjedne površine vratila i osovina obrađuju se na strojevima za tokarenje i brušenje.
- Pitanje : Ono što se zove file?
- Fillet - površina glatkog prijelaza iz manjeg presjeka (osi) u veći.
Materijali za vratila i osovine .
Kao materijal za osovine i osovine najčešće se koriste ugljični i legirani čelici (valjani proizvodi, otkivci, rjeđe čelični odljevci), kao i modificirani lijevano željezo visoke čvrstoće i legure obojenih metala (u instrumentaciji). Za neodgovorne niskoopterećene konstrukcije vratila i osovina koriste se ugljični čelici bez toplinske obrade. Odgovorne jako opterećene osovine izrađene su od legiranog čelika 40KhNMA, 25KhGT itd. Bez toplinske obrade koriste se čelici 35 i 40, St5, St6, 40X, 40XN, 30XH3A, s toplinskom obradom - čelici 45, 50 itd.
U automobilskoj industriji i industriji traktora, koljenasta vratila motora izrađuju se od tempera ili nodularnog lijeva.
Pitanje : Navedite najčešće vrste čelika koje se koriste za proizvodnju vratila i osovina.
- U proizvodnji vratila i osovina koriste se čelici razreda St3, St4, St5, 35, 40, 45, 45, 50, 40X, 40XH.
Osovina - strojni dio za prijenos momenta uz njegovu središnju liniju. U većini slučajeva, osovine podupiru dijelove koji se okreću s njima (zupčanici, remenice, lančanici itd.). Neka vratila (npr. fleksibilna, kardanska, torzijska) ne podržavaju rotirajuće dijelove. Vratila strojeva, koja osim dijelova zupčanika nose i radna tijela stroja, nazivaju se autohtoni. Glavna osovina alatnih strojeva s rotacijskim kretanjem alata ili proizvoda naziva se vreteno. Razdjelna osovina mehanička energija za pojedine radne strojeve, naziva se prijenos. U nekim slučajevima vratila se izrađuju kao jedan komad s cilindričnim ili stožastim zupčanikom (zupčanik) ili s pužem (puž).
Prema obliku geometrijske osi osovine su ravno, koljenasto i fleksibilno(s promjenjivim oblikom osi). Najjednostavnije ravne osovine su u obliku okretnih tijela. Slika 12.1 prikazuje glatko (a) i stepenasti (b) ravne osovine. Stepenaste osovine su najčešće. Da bi se smanjila težina ili da bi se uklopili u druge dijelove, osovine se ponekad izrađuju s kanalom duž osi; za razliku od punih osovina, takve se osovine nazivaju šuplje. Radilica je prikazana na sl. (12.1, u).
Riža. 12.1.
Os- dio strojeva i mehanizama koji služi za podupiranje rotirajućih dijelova, ali ne prenosi koristan moment. Sjekire su rotacioni(Sl. 12.2, a) i nepomična(b). Rotirajuća osovina je postavljena u ležajeve. Primjer rotirajućih osovina su osovine željezničkih vozila.
Riža. 12.2.
Iz definicija je vidljivo da se osovine tijekom rada uvijek okreću i doživljavaju torzione ili savijanje i torzijske deformacije, dok osovine doživljavaju samo deformacije savijanjem.
Strukturni elementi vratila i osovina (slika 12.3). Nosivi dio vratila ili osovine naziva se poluga. Završna kapa se zove trn, i srednjeg vrat. Završni klin, dizajniran za nošenje pretežnog aksijalnog opterećenja, naziva se peti.Šiljci i vratovi osovine poduprti su ležajevi, potporni dio za petu je aksijalno ležište. Oblik roglja može biti cilindričan, kupast, sferičan i ravan. Prstenasto zadebljanje osovine, koje je jedno s njim, naziva se rame.
Naziva se prijelazna površina s jednog dijela na drugi, koja služi za zaustavljanje dijelova montiranih na osovini rame(vidi sl. 12.1, b). Kako bi se smanjila koncentracija naprezanja i povećala čvrstoća, prijelazi na mjestima gdje se mijenja promjer osovine ili osi su glatki. Zakrivljena površina glatkog prijelaza iz manjeg presjeka u veći naziva se file(vidi sl. 12.1, b). Zavoji su konstantne i promjenljive zakrivljenosti. Naziva se filet trupa, produbljen izvan ravnog dijela ramena podrezati.
Riža. 12.3.
Oblik vratila po duljini određen je raspodjelom opterećenja, tj. dijagrami savijanja i momenta, uvjeti montaže i tehnologija izrade. Prijelazni dijelovi osovina između susjednih koraka različitih promjera često se izrađuju s polukružnim utorom za izlaz brusnog kotača.
Dolazni krajevi osovina, dizajnirani za ugradnju dijelova koji prenose moment u strojevima, mehanizmima i uređajima, standardizirani su.
Materijali vratila i osovina. Ugljični i legirani čelici, au nekim slučajevima i lijevano željezo visoke čvrstoće, najbolje ispunjavaju zahtjeve za učinkom vratila i osovina. Izbor materijala, toplinske i kemijsko-toplinske obrade određen je izvedbom osovine i nosača, tehnički podaci proizvod i njegove radne uvjete.
Za većinu osovina koriste se toplinski obrađeni čelici 45 i 40X, a za kritične konstrukcije čelici 40XN, ZOHGT i dr. Osovine izrađene od ovih čelika podvrgavaju se poboljšanju ili površinskom kaljenju visokofrekventnim strujama.
Osovine velike brzine koje se okreću u kliznim ležajevima zahtijevaju visoku tvrdoću osovina, stoga su izrađene od karburiziranih čelika 20X, 12X2H4A, 18XGT ili nitriranih čelika kao što je 38X2MYUA, itd. Kromirane osovine imaju najveću otpornost na habanje.
Tipično, osovine se podvrgavaju tokarenju, nakon čega slijedi brušenje dosjednih površina i osovina. Ponekad se sjedeće plohe i rubovi poliraju ili kale površinskim kaljenjem (obrada kuglicama ili valjcima).
Rotirajući dijelovi stroja montirani su na vratila ili osovine koje osiguravaju stalni položaj osi rotacije tih dijelova.
Osovine su dijelovi dizajnirani za prijenos momenta duž svoje osi i za podupiranje rotirajućih dijelova stroja.
Osovine prema namjeni možemo podijeliti na osovine zupčanika, nosivi dijelovi zupčanika - zupčanici, remenice, lančanici, spojnice (Sl., a i b), i dalje glavne osovine strojeva i drugih specijalnih osovina, koje osim dijelova zupčanika nose radna tijela motora ili oruđa - kotače ili turbinske diskove, ručice, stezne glave itd. (Sl., u i d)
Prema obliku geometrijske osi vratila se dijele na ravna i koljenasta.
sjekire- dijelovi dizajnirani za podupiranje rotirajućih dijelova i ne prenose korisni okretni moment.
Riža. 12.1 Glavni tipovi vratila i osovina:
a - glatka prijenosna osovina; b - stepenasto vratilo;
c - vreteno stroja; g - osovina parne turbine; d - radilica;
e - os rotirajućeg vagona; g - os nerotirajućih kolica.
Nosivi dijelovi vratila i osovina nazivaju se rogovi. Međupinovi se nazivaju vratovi, kraj - šiljasti.
Ravne osovine oblik podijeljena na osovine stalnog promjera (prijenosne i brodske višerasponske osovine, sl. a, kao i vratila koja prenose samo moment); stepenaste osovine (većina osovina, sl. b-d); osovine s prirubnicama za spajanje po dužini, kao i osovine s urezanim zupčanicima ili pužima. Prema obliku presjeka, osovine se dijele na glatke, klinaste, koje imaju nazubljeni (klinasti) spojni profil na određenoj duljini i profilirane.
Oblik osovine po dužini određena raspodjelom opterećenja po dužini.
Dijagrami momenata duž duljine osovina, u pravilu, su značajno neravnomjerni. Moment se obično ne prenosi cijelom duljinom osovine. Dijagrami momenata savijanja obično idu na nulu na krajnjim osloncima ili na krajevima osovina. Stoga je, prema uvjetu čvrstoće, dopušteno i svrsishodno projektirati osovine promjenljivog presjeka koja se približavaju tijelima jednakog otpora. U praksi vratila izvodim u koracima. Ovaj oblik je prikladan u proizvodnji i montaži; ramena vratila mogu apsorbirati velike aksijalne sile.
Razlika promjera koraka određena je: standardnim promjerima dosjednih površina za glavčine i ležajeve, dovoljnom površinom oslonca za apsorbiranje aksijalnih sila pri zadanim polumjerima i veličinama skošenja i, konačno, uvjetima montaže.
rogovi(vrata) vratila koja rade u kliznim ležajevima izvode: a) cilindrična; b) stožasti; c) sferni (sl.). Cilindrične osovine su glavna primjena. Krajnji klinovi za olakšavanje montaže i fiksacije osovine u aksijalnom smjeru obično su izrađeni od nešto manjeg promjera od susjednog dijela osovine (slika).
Osovine osovine za kotrljajuće ležajeve (sl.) karakterizirane su kraćom duljinom od osovina za klizne ležajeve.
Osovine za kotrljajuće ležajeve često se izrađuju s navojima ili drugim sredstvima za pričvršćivanje prstenova.
Riža. 12.4 Strukturalna sredstva za povećanje izdržljivosti
osovine na mjestima slijetanja: a - zadebljanje podglavine osovine;
b - zaokruživanje rubova glavčine; c - stanjivanje glavčine; g - istovar
utori; e - čahure ili ispune u glavčini od materijala niskog modula
elastičnost.
Izdržljivost osovine određena je relativno malim volumenima metala u područjima značajne koncentracije naprezanja. Stoga su posebne konstrukcijske i tehnološke mjere za povećanje izdržljivosti osovina posebno učinkovite.
Strukturni načini povećanja izdržljivosti osovina na mjestima slijetanja smanjenjem rubnih pritisaka prikazani su na sl. .
Kaljenjem dijelova glavčine površinskim kaljenjem (uhodavanje valjcima ili kuglicama) moguće je povećati granicu izdržljivosti osovina za 80–100%, a taj se učinak proteže i na osovine promjera do 500–600 mm. .
Čvrstoća osovina na mjestima klinčanih, zupčanih (splin) i drugih rastavljivih spojeva s glavčinom može se povećati: korištenjem evolventnih klinastih spojeva; klinaste veze s unutarnjim promjerom jednakim promjeru osovine u susjednim dijelovima ili s glatkim izlazom klinova na površinu, osiguravajući minimalnu koncentraciju naprezanja; utori za ključeve, izrađeni rezačem diska i imaju glatki izlaz na površinu; veze bez ključa.
Aksijalna opterećenja a na vratila s dijelova koji su na njima montirani prenose se na sljedeće načine. (riža.)
1) teška opterećenja - naglašavanje dijelova u izbočinama na osovini, pristajanje dijelova ili prstenovi za podešavanje s interferencijskim pristajanjem (Sl. , a i b)
2) srednja opterećenja - s maticama, klinovima izravno ili kroz prstene za podešavanje, terminalne veze (Sl.,c - e);
3) mala opterećenja i zaštita od pomicanja slučajnim silama - pričvrsni vijci izravno ili kroz prstene za podešavanje, priključke terminala, opružne prstene (Sl., e - g).
