Osovine i osovine. Opće informacije
Osovinski mašinski deo namenjenza prenos obrtnog momentaduž njegove središnje linije. U većini slučajeva osovine podupiru dijelove koji se zajedno s njima rotiraju (zupčanici, remenice, lančanici itd.). Neka osovina (na primjer, fleksibilna, kardanska, torzijska) ne podržavaju rotirajuće dijelove. Osovina mašina, koja pored delova zupčanika nose i radne delove mašine, nazivaju se glavna vratila. Glavna osovina alatnih strojeva s rotacijskim kretanjem alata ili proizvoda naziva se vreteno. Osovina koja raspoređuje mehaničku energiju među pojedinim radnim mašinama naziva se prenosna osovina. U nekim slučajevima, vratila se izrađuju kao jedan komad sa cilindričnim ili konusnim zupčanikom (zupčanik vratila) ili sa pužom (osovinski puž).
Prema obliku geometrijske ose, osovine mogu bitiravno, zakrivljeno i fleksibilan (sa promjenjivim oblikom ose). Najjednostavnije ravne osovine imaju oblik tijela rotacije. Slika pokazuje glatka (a) i stepenasta (b) ravne osovine. Stepenaste osovine su najčešće. Za smanjenje težine ili za postavljanje unutar drugih dijelova, osovine se ponekad izrađuju s kanalom duž ose; za razliku od čvrstih, takve osovine se nazivajušuplje.
Osovinski dio mašina i mehanizama koji služi za podupiranje rotirajućih dijelova, aline prenosi korisni obrtni moment. Osovine mogu biti rotirajuće (a) ili stacionarne (b). Rotirajuća osovina je ugrađena u ležajeve. Primjer rotirajućih osovina su osovine željezničkih voznih sredstava, a primjer nerotirajućih osovina prednjih kotača automobila.
Iz definicija je jasno da se osovine tijekom rada uvijek okreću i doživljavaju torzijske ili savijajuće i torzijske deformacije, a osovine doživljavaju samo deformacije savijanja (deformacije napetosti i kompresije koje nastaju u nekim slučajevima najčešće se zanemaruju).
Konstruktivni elementi osovina i osovina
Nosivi dio osovine ili osovine naziva se rukavac. Krajnja igla se naziva čep, a srednja igla se naziva vrat. Krajnji rukavac dizajniran da nosi pretežno aksijalno opterećenje naziva se peti. Osovine i klinovi osovine počivaju na ležajevima, a potporni dio pete je potisni ležaj. Oblik osovina može biti cilindrični, konusni, sferni i ravni (pete).
Prstenasto zadebljanje osovine, koje sa njim čini jednu cjelinu, naziva se rame. Prijelazna površina iz jednog dijela u drugi, koja služi za podupiranje dijelova montiranih na osovinu, naziva se rame.
Da bi se smanjila koncentracija naprezanja i povećala čvrstoća, prijelazi na mjestima gdje se mijenja promjer osovine ili osovine su glatki. Zakrivljena površina glatkog prijelaza iz manjeg presjeka u veći naziva se filet. Fileti dolaze u konstantnoj i promjenjivoj krivini. Ispuna osovine uvučena izvan ravnog dijela ramena naziva se podrez.
Oblik osovine po dužini određen je raspodjelom opterećenja, odnosno dijagramima momenata savijanja i momenta, uvjetima montaže i tehnologijom izrade. Prijelazni dijelovi osovina između susjednih stepenica različitih promjera često se izrađuju s polukružnim utorom za izlaz brusnog kotača.
Odlazni krajevi osovina, namenjeni za ugradnju delova koji prenose obrtni moment u mašinama, mehanizmima i uređajima, su standardizovani. GOST 1208066* utvrđuje nazivne dimenzije cilindričnih krajeva osovina dvije izvedbe (duge i kratke) prečnika od 0,8 do 630 mm, kao i preporučene dimenzije krajeva vratila s navojem. GOST 1208172* utvrđuje glavne dimenzije konusnih krajeva osovina sa konusom 1:10, takođe u dve verzije (duga i kratka) i dva tipa (sa spoljnim i unutrašnjim navojima) prečnika od 3 do 630 mm.
Materijali osovina i osovina.Zahtjeve za performanse osovina i osovina najpotpunije zadovoljavaju ugljični i legirani čelici, au nekim slučajevima i lijevano željezo visoke čvrstoće. Izbor materijala, termičke i hemijsko-termičke obrade određen je dizajnom osovine i nosača, tehničkim specifikacijama proizvoda i uslovima njegovog rada.
Za većinu vratila koriste se termički obrađeni čelici 45 i 40H, a za kritične konstrukcije čelik 40HN, ZOHGT itd. Vratila od ovih čelika se podvrgavaju poboljšanju ili površinskom kaljenju visokofrekventnom toplotom.
Brze osovine koje se rotiraju u kliznim ležajevima zahtijevaju veliku tvrdoću čepova, pa se izrađuju od čelika kaljenog 20Kh, 12Kh2N4A, 18KhGT ili nitriranih čelika poput 38Kh2MYuA itd. Hromirana vratila imaju najveću otpornost na habanje.
Uobičajeno, osovine se podvrgavaju okretanju, nakon čega slijedi brušenje površina za sjedenje i nosača. Ponekad se površine za sjedenje i fileti poliraju ili očvršćuju površinskim peeningom (obrada kuglicama ili valjcima).
Proračun osovina i osovina
Za vrijeme rada, osovine i rotirajuće osi, čak i pod stalnim vanjskim opterećenjem, doživljavaju naizmjenična naprezanja savijanja simetričnog ciklusa, stoga je moguć zamor vratila i rotirajućih osovina. Prekomjerna deformacija vratila može ometati normalan rad zupčanika i ležajeva, stogaGlavni kriteriji za performanse vratila i osovina su otpornost materijala na zamor i krutost.Praksa pokazuje da do uništenja osovina brzih strojeva najčešće dolazi kao posljedica zamora materijala.
Za konačni proračun okna potrebno je poznavati njegovu konstrukciju, vrstu i lokaciju nosača, te mjesta primjene vanjskih opterećenja. Međutim, izbor ležajeva se može izvršiti samo kada je poznat promjer osovine. Zbog togaproračun šahtova se vrši u dvije faze: preliminarni(dizajn) i završni (testiranje) (drugu fazu nećemo razmatrati).
Preliminarni proračun šahtova.Izvodi se proračunski proračunsamo za torziju,Štaviše, za kompenzaciju naprezanja savijanja i drugih neuračunatih faktora, uzimaju se značajno smanjene vrijednosti dopuštenih torzijskih napona, na primjer, za izlazne presjeke vratila mjenjača = (0,025...0,03), gdje je privremeni otpor materijal osovine. Tada će se promjer osovine odrediti iz stanja čvrstoće
gdje
Rezultirajuća vrijednost prečnika se zaokružuje na najbližu standardnu veličinu u skladu sa GOST 663669* „Normalne linearne dimenzije“, koji utvrđuje četiri reda glavnih i nekoliko dodatnih dimenzija; ovo drugo se može koristiti samo u opravdanim slučajevima.
Prilikom projektovanja mjenjača, promjer izlaznog kraja pogonske osovine može se uzeti jednak promjeru osovine elektromotora na koju će osovina mjenjača spojiti spojnicu.
Nakon utvrđivanja prečnika izlaznog kraja vratila, dodeljuje se prečnik rukavaca vratila (nešto veći od prečnika izlaznog kraja) i biraju ležajevi. Radi lakše montaže, promjer montažnih površina osovina ispod glavčina montiranih dijelova veći je od promjera susjednih dijelova. Kao rezultat toga, stepenasto vratilo je po obliku blisko gredi jednakog otpora.
Zupčanici, remenice, lančanici i drugi rotirajući dijelovi strojeva montirani su na vratila ili osovine.
Shaft dizajniran da prenosi obrtni moment duž svoje ose, da podupire delove koji se nalaze na njemu i da opaža sile koje deluju na njih. Tokom rada, osovina doživljava bend I torzija, i u nekim slučajevima - dodatno istezanje ili kompresija.
Osa podržava samo dijelove ugrađene na njemu i opaža sile koje djeluju na njih. Za razliku od osovine, osovina ne prenosi obrtni moment i stoga ne doživljava torziju. Osovine mogu biti nepomičanmi ili može rotirati zajedno sa dijelovima koji su montirani na njih.
Prema obliku geometrijske ose okna se dijele na ravno(Sl.2) I indirektno- koljenasto i ekscentrično. Indirektna osovina se svrstavaju u posebne dijelove.
osovine, obično, izopćenikprodaju direktno(vidi sliku 1). U dizajnu, ravne osovine i osovine se malo razlikuju jedna od druge.
Rice. 1. Osovina kolica
Mogu biti ravne osovine i osovine glatko ili stupjenasti(vidi sliku 2).
R 
je. 2. Pravo stepenasto vratilo:
1 - trn; 2 - vrat; 3 - ležaj; 4 - prsten sa poprečnim žljebom za smještaj šipki za izvlačenje ležaja
Stepenasti oblik promovira jednaku napetost u pojedinačnim dijelovima i pojednostavljuje proizvodnju i ugradnju dijelova na osovinu.
Prema obliku poprečnog presjeka osovine i osovine su čvrsta i šuplja(sa aksijalnom rupom). Šuplje osovine se koriste za smanjenje težine ili za postavljanje unutar drugog dijela.
Prema vanjskom obrisu poprečnog presjeka okna se dijele na urezan i ključan, koji imaju klizni profil ili profil sa utorom za ključeve duž određene dužine.
2. Konstruktivni elementi. Materijali osovine i osovine
Palice- potporni dijelovi osovine ili osovine. Podijeljeni su na šiljci, vratovi i pete.
Sh 
Ipom naziva se rukavac koji se nalazi na kraju osovine ili ose i prenosi pretežno radijalnu silu (vidi sliku 2). Vrat zove se rukavac u srednjem dijelu osovine ili osovine. Oslonci za klinove i vratove osovine suispodtrnje.Šiljci i vratovi se mogu oblikovati cilindrikonusni, konusni ili sferni. U većini slučajeva se koristi cilindrične igle.
Fig.3. Potpetice
Peto nazvan klip koji prenosi aksijalnu silu (slika 3). Služe kao potpora za petepotisnih ležajeva. Potpetice postoje različiti oblici solidanmi (sl. 3,A), prstenvi (slika 3,b) I greebenched(Sl. 3, V).Češljaste potpetice sada se retko koriste.Površine za sletanje osovine i osovine ispod čvorišta izvode se montirani dijelovi cilindrični i konusnikimi(vidi sliku 2). Prilikom izrade interferencija, promjer ovih površina je veći od promjera susjednih područja radi lakšeg pritiskanja i smanjenja koncentracije naprezanja (vidi sliku 2). Prečnici sedišta i prečnici kliznih ležajeva biraju se iz niza normalnih linearnih dimenzija, a prečnici kotrljajućih ležajeva biraju se prema standardima ležajeva.
Konusni krajevi osovina (vidi sl. 2) su izrađeni sakonus 1:10. Koriste se za olakšavanje instalacije dijelovi ugrađeni na osovinu.
Tranziciona područja osovine i osovine između dva stepena različitih promjera:
A)sa utorom sa zaobljenim za izlazak iz brusnog kola (slika 4, A);
b)sa trakom konstantnog radijusa, pirinač. 4, b(filt je površina glatkog prijelaza od presjeka manjeg presjeka na veći);
V 
)
sa filetom promjenjivog radijusa(pirinač. 4,
V).
Rice. 4. Prijelazni dijelovi osovine
Prijelazni dijelovi su koncentratori naponaMladoženja. Efikasan način za smanjenje koncentracije stresa u tranzicijskim područjima je promocija
savitljivost izradom reljefnih žljebova (sl. 5, A), povećavajući radijuse fileta, praveći rupe u koracima većeg prečnika (sl. 5, b). Stvrdnjavanje pod pritiskom (nazakivanje) fileti povećavaju nosivostsvojstva osovina i osovina.
Rice. 5. Metode povećanja nazivne čvrstoće vratila
Materijali osovine i osovinemora biti dobrosho da se obradi, da bude izdržljiv iimaju visok modul elastičnosti.Ovo Zahtjeve najpotpunije ispunjavaju ugljični i legirani čelici, od kojih se uglavnom izrađuju osovine i osovine. Za osovine i osovine bez termičke obrade kaljenjem koriste se čelici St5, St6; za osovine sa termičkom obradom - čelik 45, 40H. Osovine velike brzine koje rade u kliznim ležajevima izrađene su od čelika 20, 20H, 12HNZA.Čepke ovih osovina su cementiraneza povećanje otpornosti na habanje.
Osovine i osovine se obrađuju na strugovima, a zatim brusne ploče i površine za sjedenje.
Osovine i osovine služe za podupiranje rotirajućih dijelova (zupčanici, spojnice, remenice, lančanici, rotori, itd.) i prenos opterećenja sa ovih dijelova preko nosača na kućište. Osi mogu biti i rotirajuće i stacionarne, opažaju djelovanje momenata savijanja i uzdužnih sila. Osovine, za razliku od osovina, mogu biti samo rotirajuće. Podložni su uzdužnim silama, momentima savijanja i torzionim momentima.
Konstruktivni oblik osovina i osovina ovisi o mnogim faktorima - namjeni mehanizma, namjeni i obliku dijelova koji se spajaju s vratilom ili osovinom, prirodi opterećenja, tehnologiji izrade i montaže.
Postoje okna ravno, radilica I fleksibilan. Ovaj vodič pokriva samo najčešće ravne osovine. Osovine su dostupne samo s ravnom geometrijskom osom.
Osovine i osovine mogu biti solidan I šuplje. Kada se koriste šuplje osovine i osovine, težina konstrukcije može se značajno smanjiti. Na primjer, šuplja osovina s omjerom promjera rupe i vanjskog prečnika osovine od 0,75, s gotovo jednakom čvrstoćom kao i čvrsta osovina, ima masu koja je 50% manja. S tim u vezi, u avionskim mehanizmima, osovine i osovine velikog prečnika (više od 10...12 mm) su u pravilu šuplje. Ulazna i izlazna osovina su dizajnirana sa slijepim rupama za zaptivanje unutrašnje šupljine mehanizma ili sa otvorima zatvorenim čepovima.
Osovine i osovine se razlikuju po obliku: glatko I stupio. Odabirom stepenastog oblika koji je teži za izradu, moguće je osigurati ravnomjernu raspodjelu naprezanja po dužini osovine i potrebnu čvrstoću i krutost pod djelovanjem faktora unutrašnjih sila. Osim toga, stepenasti oblik stvara bolje uvjete za sklapanje dijelova s osovinom i njihovo pričvršćivanje u odnosu na osovinu u aksijalnom i radijalnom smjeru. Osovine su, zbog veće jednostavnosti, često glatke, a osovine su po pravilu stepenaste, pri čemu svaki deo odgovara svom stepenu na osovini, obrađene sa potrebnom preciznošću i hrapavošću.
Osovine se izrađuju u obliku zasebnog dijela (sl. 13.1, a) ili integralnog sa cilindričnim zupčanicima (sl. 13.1, a) b, d) y konusni zupčanik (sl. 13.1, c).
U avionskim mehanizmima osovine su često sastavljene sa dijelovima zupčanika, što zbog odsustva spojnih elemenata smanjuje ukupnu težinu konstrukcije i povećava njenu pouzdanost. Međutim, monolitna konstrukcija osovine nije uvijek preporučljiva, jer nije uvijek potrebno napraviti osovinu i dio od istog materijala. Osim toga, ova opcija eliminira mogućnost zamjene osovine ili dijela tijekom rada. Prilikom izrade monolitne konstrukcije od radnog komada velikog promjera, treba uzeti u obzir činjenicu da se svojstva čvrstoće materijala smanjuju s povećanjem promjera obratka. Monolitni dizajn je ekonomski povoljan ako promjer dijela nije mnogo veći od promjera vlastite osovine, kao i u uvjetima pojedinačne proizvodnje ili dobivanja radnog komada kovanjem (na primjer, formiranje dijelova dijelova koji se nalaze na kraju osovina pomoću operacije narušavanja).
Osovine se mogu napraviti sa zupcima (sl. 13.1,6), sa utorima za ključeve (sl. 13.1, a), sa prstenastim žlebovima za potporne prstenove (sl. 13.1, a), sa navojnim delovima (sl. 13.1, 6, V) i žljebove za zaključavanje navojnih dijelova (sl. 13.1, V). Osovine mogu imati aksijalne (sl. 13.1, b) i radijalno (sl. 13.1, V) rupe, kao i žljebovi za izlaz
brusni točak (sl. 13.1, a, c), područja u kojima rezač izlazi prilikom sečenja zuba (sl. 13.1, b), kao i žljebove za izlaz alata prilikom rezanja navoja (slika 13.1, c).
Osi mogu biti fiksne (slika 13.2, a) i rotirajuće (sl. 13.2, boo glatko (sl. 13.2, A) i stepenasto (sl. 13.2, b). Osovine, kao i osovine, mogu imati zupce (šiljke), žljebove, žljebove, žljebove, navoje i rupe. Glatke osovine su standardizovane. Najčešće je fiksiranje ovih osa u aksijalnom smjeru
izvodi se šljefom (sl. 13.3, a). Za osovine (uglavnom stacionarne) koristi se fiksiranje cilindričnim ili konusnim klinom (slika 13.3, b), vijak za podešavanje (sl. 13.3, V) ili držač sedla sa zavrtnjem (sl. 13.3, G). Fiksne osovine se ugrađuju pomoću prijelaznog spoja (na primjer, K7/I6) ili interferencije (na primjer, R7/h6).
Pokretne osovine i osovine u radijalnom i aksijalnom smjeru su učvršćene u ležajevima, koji su zauzvrat ugrađeni u kućište. Precizno pričvršćivanje osovina i osovina u radijalnom smjeru vrši se ugradnjom u ležajeve i ugradnjom ležajeva u kućište. U aksijalnom smjeru, vratila i osovine s dijelovima montiranim na njih spojeni su na ležajeve na jedan od načina prikazanih na sl. 13.4. Najrasprostranjenija metoda je jednostavna i jeftina fiksacija opružnim prstenovima (slika 13.4, A): ekscentričan 1 ili koncentrično 2 . Prisutnost razmaka 5 između prstena i ležaja dovodi do neprecizne ugradnje dijelova i do klizanja površina dijelova i osovine, odnosno do njihovog trošenja. Korištenje srednjeg prstena 3 (Sl. 13.4, b) sa podešavanjem njegove debljine brušenjem kraja ili seta podložnih pločica 4 od folije (sl. 13.4, V) omogućava vam da smanjite veličinu praznine 5 na minimum. Podloške se ne postavljaju blizu opružnog prstena kako bi se spriječilo da podloške uđu u žljeb prstena. Prilikom fiksiranja na kraju osovine, prikladno je koristiti standardnu krajnju podlošku 5 (Sl. 13.4, d)> osiguran vijkom 6 i osiguran od okretanja klinom 7. Vijak je osiguran od odvrtanja podloskom 8. Za značajna aksijalna opterećenja koristi se podloška, pričvršćena sa dva vijka (slika 13.4, d).
NAMJENA I KLASIFIKACIJA VRATILA.VRATILO I OSOVINE
Rotirajući dijelovi strojeva (zupčanici, remenice, lančanici, itd.) postavljaju se na vratila i osovine. Osovine su dizajnirane da prenose obrtni moment duž svoje ose. Sile koje nastaju prilikom prijenosa momenta uzrokuju naprezanja torzije i savijanja, a ponekad i vlačna ili tlačna naprezanja.
Osovine ne prenose obrtni moment; Sile koje djeluju u njima uzrokuju samo naprezanja savijanja (manji momenti od sila trenja se ne uzimaju u obzir). Osovine se okreću u ležajevima. Osi mogu biti rotirajuće ili fiksne.
Prema svojoj namjeni razlikuju se osovina zupčanika i glavna vratila, koja nose opterećenje ne samo od dijelova zupčanika, već i od radnih dijelova strojeva (diskova, rezača, bubnjeva itd.).
Po svom dizajnu, vratila se mogu podijeliti na ravna, koljenasta i savitljiva (slika 4.1). Široko se koriste ravne osovine stepenastog dizajna. Ovaj oblik osovine je prikladan za vrijeme ugradnje, jer vam omogućava da ugradite dio s smetnjom bez oštećenja susjednih područja i osigurate njegovu aksijalnu fiksaciju. Ramena osovine mogu apsorbirati značajna aksijalna opterećenja. Međutim, na spojevima presjeka različitih promjera dolazi do koncentracije naprezanja, što smanjuje čvrstoću osovine.
Da bi se smanjila težina osovine i osigurala opskrba uljem, rashladnom tekućinom ili zrakom, koriste se šuplje osovine.
Posebnu grupu čine savitljive osovine koje se koriste za prenos obrtnog momenta između osovina čije su osi rotacije pomerene u prostoru.
Poljoprivredne, podizno-transportne i druge mašine često koriste prenosna vratila, čija dužina doseže nekoliko metara. Izrađuju se od kompozita, spajaju se pomoću prirubnica ili spojnica.
Kriterijumi performansi vratila.
Dizajn, dimenzije i materijal osovine značajno zavise od kriterijuma koji određuju njegove performanse. Performanse vratila karakteriziraju uglavnom njihova čvrstoća i krutost, au nekim slučajevima otpornost na vibracije i otpornost na habanje.
Većina osovina zupčanika otkazuje zbog niske čvrstoće na zamor. Do kvarova vratila u zoni koncentracije naprezanja dolazi zbog djelovanja naizmjeničnih naprezanja. Za osovine male brzine koje rade pod preopterećenjem, glavni kriterij performansi je statička čvrstoća. Krutost osovina tijekom savijanja i torzije određena je vrijednostima otklona, uglovima rotacije elastične linije i uglovima uvijanja. Elastični pomaci vratila negativno utiču na rad zupčanika i pužnih zupčanika, ležajeva, spojnica i drugih pogonskih elemenata, smanjujući točnost mehanizama, povećavajući koncentraciju opterećenja i habanje delova.
Za brzohodna vratila opasna je pojava rezonancije - pojava kada se frekvencija prirodnih oscilacija poklapa sa frekvencijom remetilačkih sila ili je višestruka od njih. Da bi se spriječila rezonancija, provode se proračuni otpornosti na vibracije. Prilikom ugradnje vratila na klizne ležajeve, dimenzije rukavaca vratila određuju se iz stanja otpornosti na habanje kliznog nosača.
Rice. 4.1 Vrste osovina i osovina:
a - ravna osa; b - stepenasto čvrsto vratilo; u - zakoračiošuplja osovina; g - radilica; d - fleksibilna osovina
Izgradnja okna se izvodi u fazama.
U prvoj fazi odrediti projektna opterećenja, izraditi projektni dijagram osovine i nacrtati dijagrame momenta. Ovoj fazi prethodi skica izgleda mehanizma, tokom koje se preliminarno određuju glavne dimenzije osovine i relativni položaj dijelova koji učestvuju u prijenosu opterećenja.
Trenutna opterećenja koja se prenose na osovinu sa dijela (remenica, lančanik, zupčanik itd.) ili sa osovine na dio uključuju:
Sile u zahvatu zupčanika i pužnih zupčanika;
Opterećenja na osovinama remenskih i lančanih pogona;
Opterećenja koja nastaju prilikom ugradnje spojnica kao rezultat neprecizne montaže i drugih grešaka.
Određivanje sila u zahvatanju i opterećenja na osovinama remenskih i lančanih pogona je razmotreno gore.
Kada se instalira na krajevima ulaza; izlazne osovine spojnih spojnica uzimaju u obzir radijalno konzolno opterećenje koje uzrokuje savijanje vratila. Preporučuje se da se ovo opterećenje odredi prema GOST 16162-85.
Za ulazna i izlazna vratila jednostepenih kosih mjenjača i za brza vratila mjenjača bilo kojeg tipa, opterećenje konzole može se približno izračunati pomoću formule
; (4.1)
za niskobrzinske osovine dvostepenih i trostepenih menjača, kao i pužne prenosnike
; (4.2.)
gdje je T obrtni moment na osovini, N.m.
Jednostavno se pretpostavlja da su sile i momenti koje glavčina prenosi na dio koncentrirani i primijenjeni na sredini njegove dužine.
Prilikom izvođenja projektne sheme, osovina se smatra zglobnom gredom. Položaj oslonca osovine zavisi od vrste ležaja (slika 4.2).
Rice. 4.2. Potporne tačke osovine:
A - na radijalnom ležaju; b — na ugaonom kontaktnom ležaju;
V - na dva ležaja u jednom nosaču; G - na klizni ležaj.
Sile koje djeluju u dvije međusobno okomite ravnine (vertikalna i horizontalna) prenose se na točke na osi osovine. Konstruirati dijagrame momenata savijanja i momenta u dvije ravni (sl. 4.3).
Moment od obodne sile prikazan je na dijagramu momenta, od aksijalne sile u vertikalnoj ravni - u obliku skoka M′ z na dijagramu momenata savijanja. Dijagrami su konstruisani prema metodologiji opisanoj u kursu o čvrstoći materijala.
Pomoću dijagrama određuju se ukupni momenti savijanja u bilo kojem presjeku. Dakle, u sekciji 1-1 najveći ukupni trenutak
gdje je M z 1 — moment savijanja u opasnom odseku u ravni ZY ; M x1 - moment savijanja u opasnom preseku u ravni XY; M k1 je moment savijanja u ravnini djelovanja konzolnog opterećenja. Upoređivanjem dobijenih vrijednosti identificiraju se najopasniji dijelovi osovine.
U drugoj fazi razviti dizajn osovine. Promjer izlaznog presjeka se preliminarno određuje uvjetnim dopuštenim torzijskim naprezanjem [τ], uzimajući ga jednakim 15-25 MPa.
Prečnik osovine, mm,
Ako se odabere stepenasti dizajn osovine, odredite prečnike i dužine njegovih sekcija pomoću proračunskog dijagrama ili skice (vidi gore)
Rice. 4.3. Dijagrami opterećenja vratila. Dijagrami momenata savijanja i momenta Preporuča se navesti prihvaćene dimenzije prema GOST 6636-69*.
Poželjniji je stepenasti oblik osovine, jer pojednostavljuje montažu zateznih spojeva, sprečava oštećenja na površinama sa povećanom završnom obradom površine, a oblik osovine se približava gredi jednake čvrstoće. Međutim, tamo gdje se susreću presjeci različitih promjera, dolazi do koncentracije naprezanja, što smanjuje čvrstoću osovine, a kada se kao radni komad koristi šipka ili kovanje, tehnologija izrade postaje složenija i povećava se potrošnja metala. Da bi se smanjila koncentracija naprezanja i, posljedično, povećala zamorna čvrstoća osovine, prijelazni dijelovi se najčešće izvode s ugaonicama (slika 4.4). Poluprečnik zavoja r i visina ramena (ivice) biraju se u zavisnosti od prečnika osovine d, aksijalne sile, dimenzija R, c 1 i oblika ugrađenog dela (tabela 4.1).
Rice. 4.4. Prijelazni dijelovi osovine u obliku fileta
Tabela 4.1 Dimenzije fileta, mm. (vidi sliku 4.4.)
Ako izbočina služi za aksijalnu fiksaciju ležaja, tada je visina h. (Tablica 4.2) treba da bude manja od debljine unutrašnjeg prstena ležaja za iznos t dovoljan da primi noge izvlakača tokom demontaže.
Žljebovi za izlaz brusne ploče (slika 4.5) uzrokuju veću koncentraciju naprezanja od fileta. Prijelazi s takvim žljebovima izvode se sa značajnom sigurnosnom marginom osovine. Dimenzije žljebova su date u tabeli 4.3.
Da bi se uklonili aksijalni zazori, dužina odsječka osovine treba biti nešto manja od dužine glavčine montiranog dijela. Radi lakše montaže, dio osovine za interferenciju mora imati kosine i ivice (sl. 4.6, a, b, tabela 4.4).
Rice. 4.5. Izlazni žljebovi za brusni kolut:
a, b - za brušenje cilindrične površine osovine;
c - za brušenje cilindrične površine i kraja ramena
Ako dio osovine nema potisne prstenove, tada se preporučuje da njegov promjer bude 5% manji od promjera slijeta (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 napraviti. Međutim, konusni spojevi imaju veliku nosivost i lakše se sklapaju i rastavljaju. Aksijalna sila se stvara zatezanjem matice. Da biste to učinili, na kraju drške je predviđen navoj za pričvršćivanje.
Rice. 4.6. Zakošenosti (a), kosine (b) i prelazna područja (c)
Rice. 4.7. Sekcije izlaznog vratila: a - cilindrično, b - konično
Oblik i dimenzije utora za ključeve na osovini ovise o vrsti ključa i reznog alata. Prorezi za paralelne ključeve napravljeni rezačem diska uzrokuju manju koncentraciju naprezanja. Međutim, fiksacija ključa ovdje je manje pouzdana, a žljeb je duži zbog područja za izlazak rezača (slika 4.8). Ako postoje žljebovi za paralelne ključeve, potrebno je osigurati takve dimenzije za dijelove stepenastog vratila tako da se demontaža dijelova odvija bez skidanja ključeva, jer se ključevi ugrađuju u žljebove pomoću presa i njihovo uklanjanje je nepoželjno .
Stoga se promjer d 2 susjednog mjesta slijetanja određuje uzimajući u obzir visinu htiplovi:
gdje je t 2 dubina utora u glavčini, mm
Rice. 4.8. Ključevi:
a - napravljen rezačem za prste; b—rezač diskova.
Oznake: l - radna dužina ključa; b—širina ključa;
lout - dužina sekcije za izlaz rezača; Dfr - prečnik rezača diska
Ako se ovaj uvjet ne može ispuniti na izlaznim dijelovima osovine, tada se utor za klin gloda "za prolaz". Prilikom ugradnje više ključeva na osovinu treba ih postaviti u istoj ravni i, ako je moguće, obezbijediti istu širinu žljebova, zavisno od uslova za čvrstoću spojeva ključeva. To vam omogućava da obrađujete žljebove bez promjene položaja osovine i jednim alatom.
Dimenzije zuba spline sekcija odabiru se uzimajući u obzir promjere susjednih odsječaka osovine. Da bi rezni alat izašao, unutrašnji prečnik d zubaca urezane sekcije koji se nalazi između ležajeva mora biti veći od prečnika ležišta ležaja. Inače, za izlaz rezača, dio dužine l van (Sl. 4.9, Tabela 4.5).
Koristeći isti princip, navojni dijelovi vratila su dizajnirani za okrugle navrtke. U sekcijama su predviđeni žljebovi za izlaz alata za urezivanje navoja (Sl. 4.10, Tabela 4.6) i za jezik višečeljusne podloške.
Rice. 4.9. Presjek osovine
Tabela 4.5. Prečnik rezača za ravne utore (vidi sliku 4.9)
Tabela 4.6. Dimenzije žljebova različitih tipova, mm (vidi sliku 4.11.)
Bilješka. Za žljebove tipa I, radijus kosine je r 1= 0,5 mm.
Prilikom izrade osovine kao jednog komada sa zupčanikom (slika 4.11), materijal osovine i način termičke obrade biraju se prema uslovima čvrstoće zubaca zupčanika.
Za izradu osovina koriste se ugljični konstrukcijski čelici 40, 45, 50 i legirani čelici tvrdoće 40X HB≤ 300. Za visoko opterećena vratila koriste se legirani čelici 40KhN, 30KhGSA, 30KhGT i drugi razredi s naknadnim kaljenjem visokofrekventnom toplinom. Da bi se povećala otpornost na habanje čaura, brza vratila koja se okreću u kliznim ležajevima izrađuju se od čelika za kaljenje kućišta 20H, 12HNZA, 18HGT ili nitrirajućeg čelika 38H2MUA. Ako su dimenzije osovine određene uvjetima krutosti, onda je to moguće
koristiti čelik Art. 5, čl. 6. Ovo je dozvoljeno ako na vratilu nema habajućih površina (šipova, utora, itd.), koje zahtijevaju jake, termički obrađene čelike. Oblikovane osovine (na primjer, radilice) izrađene su od visokočvrstog i modificiranog lijevanog željeza.
Mehaničke karakteristike vratila prikazane su u tabeli 4.7.
U trećoj fazi Projektantski inženjeri izvode probni proračun osovine, određujući ekvivalentno naprezanje ili faktor sigurnosti u najopasnijim presjecima.
Za osovine koje rade pod kratkotrajnim preopterećenjima, kako bi se spriječile plastične deformacije, vrši se probni proračun statičke čvrstoće. Ekvivalentno naprezanje u opasnom presjeku, MPa,
; (4.6)
gdje je d prečnik osovine, mm; M—maksimalni moment savijanja, N.m; T—maksimalni obrtni moment, Nm
Dozvoljeno naprezanje, MPa,
gdje je σ t granica tečenja, MPa; S T - sigurnosna granica za granicu tečenja: S T = 1,2-1,8.
Verifikacioni proračun osa vrši se prema formuli (4.6) pri T = 0.
Za dugotrajna opterećenja vrši se probni proračun otpornosti na zamor. Faktor sigurnosti zamora
; (4.8)
gdje je S σ ; Sτ — faktori sigurnosti za naprezanja savijanja i torzije, respektivno; [S] - dozvoljeni faktor sigurnosti: [S] = 2-2,5.
Faktor sigurnosti za naprezanja savijanja
; (4.9)
Rice. 4.11. Dizajn osovine je zupčanik.
Oznake: da1 - prečnik zupčanika; dB—prečnik osovine;
dP - prečnik sletanja osovine za ležaj torzijskim naprezanjem
; (4.10)
gdje su σ -1, -1 granice izdržljivosti materijala osovine za vrijeme savijanja i torzije sa simetričnim naizmjeničnim ciklusom, MPa (vidi tabelu 4.7); K σ D , K D - koeficijenti koncentracije naprezanja, uzimajući u obzir utjecaj svih faktora na otpornost na zamor; σ a, D—promjenjive komponente ciklusa naprezanja (amplitude), MPa; ψ σ ψ — koeficijenti koji karakterišu osetljivost materijala na asimetriju ciklusa naprezanja (videti tabelu 4.7); σm; m su konstantne komponente ciklusa promjene naprezanja, MPa.
Komponente ciklusa promjene naprezanja pri savijanju:
; (4.11)
gdje je M Σ ukupan moment savijanja, N.m; W o - moment otpora presjeka osovine na savijanje) mm 3; F a - aksijalna sila. N; A je površina poprečnog presjeka osovine, mm 2: A = nd 2 /4.
Osovine služe za podupiranje raznih mašinskih dijelova i mehanizama koji se s njima ili na njima rotiraju. Rotacija ose, zajedno s dijelovima koji su postavljeni na njoj, vrši se u odnosu na njegove nosače, zvane ležajevi. Primjer nerotirajuće ose je osovina bloka mašine za podizanje (slika 1, a), a osa rotacije je osovina vagona (slika 1, b). Osovine preuzimaju opterećenje od dijelova koji se nalaze na njima i savijaju se.
Rice. 1Dizajn osovina i vratila.
Osovine su, za razliku od osovina, dizajnirane da prenose obrtni moment i, u većini slučajeva, da podrže različite delove mašine koji se zajedno sa njima rotiraju u odnosu na ležajeve. Osovine koje nose dijelove kroz koje se prenosi obrtni moment primaju opterećenja od ovih dijelova i stoga istovremeno rade na savijanje i torziju. Kada se aksijalna opterećenja primjenjuju na dijelove montirane na vratila (konusni zupčanici, pužni kotači, itd.), osovine dodatno rade na napetost ili kompresiju. Neka osovina ne podržavaju rotirajuće dijelove (pogonske osovine automobila, spojne valjke valjaonica, itd.), tako da ova vratila rade samo u torziji. Na osnovu namjene razlikuju osovine zupčanika na koje se ugrađuju zupčanici, lančanici, spojnice i drugi dijelovi zupčanika i glavna vratila na koja se ne ugrađuju samo dijelovi zupčanika, već i drugi dijelovi, kao što su zamašnjaci, radilice, itd.
Osovine predstavljaju ravni štapovi(Slika 1, a, b), a razlikuju se osovine ravno(sl. 1, c, d), radilica(Sl. 1, e) i fleksibilan(Sl. 1, f). Ravne osovine su široko rasprostranjene. Radilice u koljenastim mjenjačima služe za pretvaranje povratnog kretanja u rotaciono ili obrnuto i koriste se u klipnim mašinama (motori, pumpe). Fleksibilne osovine, koje su višestruke torzione opruge upletene od žica, koriste se za prenos momenta između komponenti mašine koje menjaju svoj relativni položaj tokom rada (mehanizovani alati, uređaji za daljinsko upravljanje i nadzor, zubne bušilice, itd.). Radilice i savitljive osovine su posebni dijelovi i izučavaju se u odgovarajućim specijalnim kursevima. Osovine i osovine su u većini slučajeva punog okruglog, a ponekad i prstenastog presjeka. Pojedinačni dijelovi okna imaju okrugli puni ili prstenasti presjek sa utorom za ključ (sl. 1, c, d) ili sa utorima, a ponekad i profilnim presjekom. Cijena osovina i osovina prstenastog presjeka obično je veća od cijene punog presjeka; koriste se u slučajevima kada je potrebno smanjiti masu konstrukcije, na primjer u avionima (vidi i ose satelita planetarnog mjenjača na slici 4), ili ugraditi drugi dio unutra. Šuplje zavarene osovine i osovine, napravljene od trake smještene duž spiralne linije, smanjuju težinu do 60%.
Osovine kratke dužine izrađuju se istog promjera po cijeloj dužini (sl. 1, a), a duge i teško opterećene osovine se izrađuju oblikovno (sl. 1, b). U zavisnosti od namene, ravna vratila se izrađuju ili konstantnog prečnika po celoj dužini (prenosna vratila, sl. 1, c), ili stepenasta (sl. 1, d), tj. različitih prečnika u određenim oblastima. Najčešće su stepenaste osovine, jer je njihov oblik pogodan za ugradnju dijelova na njih, od kojih svaki mora slobodno proći na svoje mjesto (za osovine mjenjača pogledajte članak „Reduktori zupčanika“ Sl. 2; 3; i „Pužni zupčanik“ Slika 2; 3). Ponekad su osovine sastavljene od zupčanika (vidi sliku 2) ili puža (vidi sliku 2; 3).
Rice. 2
Presjeci osovina i vratila kojima se oslanjaju na ležajeve nazivaju se osovinama kada se percipiraju radijalna opterećenja, a pete kada se percipiraju aksijalna opterećenja. Zovu se krajnji rukavci koji rade u kliznim ležajevima šiljci(Sl. 2, a), a osovine smještene na određenoj udaljenosti od krajeva osovina i osovina - vratovi(Sl. 2, b). Čelice osovina i vratila koje rade u kliznim ležajevima su cilindrične (sl. 2, a), konusni(Sl. 2, c) i sferni(Sl. 2, d). Najčešći su cilindrični paneli, jer su najjednostavniji, najprikladniji i najjeftiniji za proizvodnju, montažu i rad. Konusni i sferni čepovi se koriste relativno rijetko, na primjer, za podešavanje zazora u ležajevima preciznih strojeva pomicanjem osovine ili školjke ležaja, a ponekad i za aksijalnu fiksaciju ose ili vratila. Kuglasti rukavci se koriste kada osovina, osim rotacijskog kretanja, mora biti podvrgnuta kutnom pomicanju u aksijalnoj ravni. Cilindrični rukavci koji rade u kliznim ležajevima obično su napravljeni od nešto manjeg prečnika u odnosu na susedni deo osovine ili osovine, tako da se zahvaljujući ramenima i ramenima (slika 2, b) osovine i vratila mogu osigurati od aksijalni pomaci. Čelice osovina i vratila za kotrljajuće ležajeve gotovo su uvijek cilindrične (sl. 3, a, b). Konusni čepovi s malim uglom konusnosti se relativno rijetko koriste za regulaciju zazora u kotrljajućim ležajevima elastičnom deformacijom prstenova. Na nekim osovinama i vratilima, za pričvršćivanje kotrljajućih ležajeva, pored rukavaca (sl. 3, b;) predviđeni su navoji za matice ili prstenasti žljebovi za pričvršćivanje opružnih prstenova.
Rice. 3
Pete koje rade u kliznim ležajevima, koje se nazivaju potisni ležajevi, obično su napravljene prstenastim (slika 4, a), au nekim slučajevima - češljastim (slika 4, b). Češljaste pete se koriste kada se na osovine primjenjuju velika aksijalna opterećenja; u savremenom mašinstvu su retki.
Rice. 4
Sedišne površine osovina i vratila na koje se ugrađuju rotirajući delovi mašina i mehanizama su cilindrične i mnogo rjeđe konične. Potonji se koriste, na primjer, za olakšavanje ugradnje i uklanjanja teških dijelova iz osovine uz povećanu preciznost centriranja dijelova.
Površina glatkog prijelaza iz jednog stupnja ose ili osovine u drugi naziva se ugao (vidi sliku 2, a, b). Prelaz sa stepenica manjeg prečnika na stepenik većeg prečnika vrši se sa zaobljenim žlebom za izlaz brusnog kola (vidi sliku 3). Da bi se smanjila koncentracija naprezanja, radijusi zakrivljenosti utora i žljebova uzimaju se što je moguće veći, a dubina žljebova je manja (GOST 10948-64 i 8820-69).
Razlika između promjera susjednih stepenica osovina i osovina treba biti minimalna kako bi se smanjila koncentracija naprezanja. Da bi se na njih olakšala ugradnja rotirajućih dijelova stroja i kako bi se spriječile ozljede ruku, krajevi osovina i vratila su zakošeni, odnosno blago brušeni u konus (vidi sliku 1...3). Polumjeri zakrivljenosti fileta i dimenzije ivica su normalizirani GOST 10948-64.
Dužina osovina obično ne prelazi 2...3 m, okna mogu biti duža. Prema uslovima proizvodnje, transporta i ugradnje, dužina čvrstih osovina ne bi trebalo da prelazi 6...7 m. Duža okna se izrađuju u kompozitne delove i njihovi pojedinačni delovi se spajaju spojnicama ili pomoću prirubnica. Prečnici sletnih površina osovina i osovina na kojima se ugrađuju rotirajući delovi mašina i mehanizama moraju biti u skladu sa GOST 6636-69 (ST SEV 514-77).
Materijali osovina i osovina.
Osovine i osovine se izrađuju od ugljičnih i legiranih konstrukcijskih čelika, jer imaju veliku čvrstoću, sposobnost površinskog i volumetrijskog kaljenja, lako se izrađuju valjanjem cilindričnih zareza i dobre obrade na strojevima. Za osovine i vratila bez termičke obrade koriste se ugljični čelici St3, St4, St5, 25, 30, 35, 40 i 45. Osovine i vratila za koje se postavljaju povećani zahtjevi u pogledu nosivosti i trajnosti klinova i osovina , izrađuju se od srednjeugljičnih ili legiranih čelika sa poboljšanjima od 35, 40, 40H, 40NH, itd. Za povećanje otpornosti na habanje rukavaca vratila koji se rotiraju u kliznim ležajevima, vratila se izrađuju od čelika 20, 20H, 12HNZA i drugih, nakon čega slijedi karburizacija i stvrdnjavanje čaura. Kritična, jako opterećena vratila izrađuju se od legiranih čelika 40HN, 40HNMA, 30HGT itd. Jako opterećena vratila složenog oblika, na primjer, radilice motora, također se izrađuju od modificiranog lijeva ili visoke čvrstoće.