Alberi e assi. informazioni generali
Parte della macchina per albero progettataper la trasmissione della coppialungo la sua linea centrale. Nella maggior parte dei casi gli alberi supportano le parti rotanti con essi (ruote dentate, pulegge, ruote dentate, ecc.). Alcuni alberi (es. flessibili, cardanici, di torsione) non supportano parti rotanti. Gli alberi delle macchine che, oltre alle parti degli ingranaggi, portano i corpi lavoranti della macchina, sono chiamati alberi principali. L'albero principale delle macchine con il movimento rotatorio di un utensile o di un prodotto è chiamato mandrino. L'albero che distribuisce l'energia meccanica alle singole macchine da lavoro è chiamato trasmissione. In alcuni casi, gli alberi sono realizzati in un unico pezzo con un ingranaggio cilindrico o conico (albero pignone) o con una vite senza fine (albero a vite senza fine).
Secondo la forma dell'asse geometrico, gli alberi sonodritto, a gomito e flessibile (con forma ad asse variabile). Gli alberi diritti più semplici hanno la forma di corpi di rivoluzione. La figura mostra liscio (a) e gradinato (b) alberi dritti. Gli alberi a gradini sono i più comuni. Per ridurre il peso o per adattarsi all'interno di altre parti, gli alberi vengono talvolta realizzati con un canale lungo l'asse; a differenza degli alberi pieni, tali alberi sono chiamati vuoto.
Asse: una parte di macchine e meccanismi che serve a supportare le parti rotanti, manon trasmette coppia utile. Gli assi sono rotanti (a) e fissi (b). L'asse rotante è montato su cuscinetti. Un esempio di assi rotanti sono gli assi di un materiale rotabile ferroviario, un esempio di assi non rotanti sono gli assi delle ruote anteriori di un'auto.
Dalle definizioni si può vedere che durante il funzionamento gli alberi ruotano sempre e subiscono deformazioni di torsione o flessione e torsione, e gli assi solo deformazioni di flessione (le deformazioni di trazione e compressione che si verificano nei singoli casi vengono spesso trascurate).
Elementi strutturali di alberi e assi
La parte portante di un albero o asse è chiamata perno. Il perno terminale è chiamato punta, mentre il perno intermedio è chiamato collo. Il perno terminale, progettato per sopportare il carico assiale predominante, è chiamato quinto. Le punte e i colli dell'albero sono supportati da cuscinetti, la parte portante per il tallone è il cuscinetto reggispinta. La forma del perno può essere cilindrica, conica, sferica e piatta (talloni).
L'ispessimento anulare dell'albero, che è tutt'uno con esso, è chiamato collare. La superficie di passaggio da una sezione all'altra, che serve a fermare le parti montate sull'albero, è detta spalla.
Per ridurre la concentrazione dello stress e aumentare la resistenza, le transizioni nei punti in cui il diametro di un albero o di un asse cambia vengono rese fluide. La superficie curva di una transizione graduale da una sezione più piccola a una più grande è chiamata raccordo. I raccordi hanno curvatura costante e variabile. Il raccordo dell'albero, approfondito oltre la parte piana della spalla, è chiamato sottosquadro.
La forma dell'albero lungo la lunghezza è determinata dalla distribuzione dei carichi, ovvero dai diagrammi di flessione e coppia, dalle condizioni di assemblaggio e dalla tecnologia di produzione. I tratti di transizione degli alberi tra gradini adiacenti di diverso diametro sono spesso realizzati con scanalatura semicircolare per l'uscita della mola.
Le estremità di atterraggio degli alberi, progettate per installare parti che trasmettono la coppia in macchine, meccanismi e dispositivi, sono standardizzate. GOST 1208066* stabilisce le dimensioni nominali delle estremità cilindriche degli alberi di due modelli (lunghi e corti) con diametri da 0,8 a 630 mm, nonché le dimensioni consigliate delle estremità degli alberi filettate. GOST 1208172 * stabilisce le dimensioni principali delle estremità coniche degli alberi con conicità 1:10, anche di due versioni (lunga e corta) e due tipi (con filettatura esterna ed interna) di diametri da 3 a 630 mm.
Materiali di alberi e assi.I requisiti prestazionali di alberi e assi sono soddisfatti al meglio dagli acciai al carbonio e legati e, in alcuni casi, dalle ghise ad alta resistenza. La scelta del materiale, del trattamento termico e chimico-termico è determinata dalla progettazione dell'albero e dei supporti, dalle specifiche tecniche del prodotto e dalle sue condizioni operative.
Per la maggior parte degli alberi vengono utilizzati gli acciai trattati termicamente 45 e 40X e per le strutture critiche l'acciaio 40XH, ZOHGT, ecc. Gli alberi realizzati con questi acciai sono sottoposti a miglioramento o indurimento superficiale della corrente ad alta frequenza.
Gli alberi ad alta velocità che ruotano su cuscinetti a strisciamento richiedono un'elevata durezza dei perni, quindi sono realizzati in acciai cementati 20Kh, 12Kh2N4A, 18KhGT o acciai nitrurati come 38Kh2MYuA, ecc. Gli alberi cromati hanno la massima resistenza all'usura.
Tipicamente, gli alberi vengono sottoposti a tornitura, seguita dalla rettifica delle superfici di appoggio e dei perni. A volte le superfici di seduta e i raccordi vengono lucidati o induriti mediante incrudimento superficiale (lavorazione con sfere o rulli).
Calcolo di alberi e assi
Durante il funzionamento, gli alberi e gli assi rotanti, anche con un carico esterno costante, subiscono sollecitazioni di flessione alternate di un ciclo simmetrico, pertanto è possibile il cedimento per fatica degli alberi e degli assi rotanti. Una deformazione eccessiva degli alberi può interferire con il normale funzionamento di ingranaggi e cuscinetti, pertanto,I principali criteri prestazionali per alberi e assi sono la resistenza alla fatica e la rigidità del materiale.La pratica dimostra che la distruzione degli alberi delle macchine ad alta velocità avviene solitamente a causa dell'affaticamento del materiale.
Per il calcolo finale dell'albero è necessario conoscerne la progettazione, il tipo e la posizione dei supporti e i punti in cui vengono applicati i carichi esterni. Tuttavia, la scelta dei cuscinetti può essere effettuata solo quando si conosce il diametro dell'albero. Ecco perchéil calcolo dell'albero viene eseguito in due fasi: preliminare(progettazione) e definitiva (verifica) (non considereremo la seconda fase).
Calcolo preliminare degli alberi.Viene effettuato il calcolo del progettosolo per torcereinoltre, per compensare le sollecitazioni di flessione e altri fattori non contabilizzati, vengono presi valori significativamente ridotti delle sollecitazioni torsionali ammissibili, ad esempio, per le sezioni di uscita degli alberi del cambio = (0,025 ... 0,03), dove è la resistenza temporanea di il materiale dell'albero. Quindi il diametro dell'albero viene determinato dalle condizioni di resistenza
Dove
Il valore del diametro risultante viene arrotondato alla dimensione standard più vicina secondo GOST 663669 * "Dimensioni lineari normali", che stabilisce quattro righe di dimensioni di base e una serie di dimensioni aggiuntive; quest'ultimo può essere utilizzato solo in casi giustificati.
Quando si progettano i riduttori, il diametro dell'estremità di uscita dell'albero motore può essere considerato uguale al diametro dell'albero motore, al quale l'albero del cambio sarà collegato tramite un giunto.
Dopo aver stabilito il diametro dell'estremità di uscita dell'albero, viene assegnato il diametro dei perni dell'albero (leggermente maggiore del diametro dell'estremità di uscita) e vengono selezionati i cuscinetti. Il diametro delle superfici di appoggio dell'albero per i mozzi delle parti montate, per facilitare il montaggio, è maggiore dei diametri delle sezioni vicine. Di conseguenza, l'albero a gradini ha una forma simile a una barra di uguale resistenza.
Ingranaggi, pulegge, ruote dentate e altre parti rotanti della macchina sono montati su alberi o assi.
Lancia progettato per trasmettere la coppia lungo il proprio asse, per supportare le parti poste su di esso e la percezione delle forze che agiscono su di esse. Durante il funzionamento, l'albero sperimenta curva E torsione, e in alcuni casi - ulteriore allungamento o compressione.
Asse sostiene solo le parti installate su di esso e percepisce le forze che agiscono su di esse. A differenza di un albero, un asse non trasmette coppia e, quindi, non subisce torsione. Gli assi possono esserlo immobilemi O può ruotare insieme alle parti ad essi collegate.
Secondo la forma dell'asse geometrico gli alberi sono divisi in Dritto(fig.2) E indiretto- articolato ed eccentrico. Gli alberi indiretti sono classificati come parti speciali.
assi, Generalmente, va benevendere direttamente(vedi fig. 1). In base alla progettazione, gli alberi e gli assi diritti differiscono poco l'uno dall'altro.
Riso. 1. Asse del carrello
Gli alberi e gli assi diritti possono essere liscio O stuschiumoso(vedi Fig. 2).
R 
È. 2. Albero a gradini dritto:
1 - spina; 2 - collo; 3 - cuscinetto; 4 - un anello con scanalatura trasversale per l'alloggiamento delle aste estrattori dei cuscinetti
La forma a gradini contribuisce all'eguale tensione delle singole sezioni, semplifica la produzione e l'installazione delle parti sull'albero.
Secondo la forma della sezione trasversale gli alberi e gli assi lo sono solido e vuoto(con foro assiale). Gli alberi cavi vengono utilizzati per ridurre il peso o per essere posizionati all'interno di un'altra parte.
Secondo il contorno esterno della sezione trasversale gli alberi sono divisi in scanalato e con chiave, avente un profilo scanalato o un profilo con una sede per chiavetta su una certa lunghezza.
2. Elementi strutturali. Materiali dell'albero e dell'asse
perni- sezioni di supporto dell'albero o dell'asse. Sono suddivisi in punte, colli e talloni.
W 
sì, sì chiamato perno situato all'estremità di un albero o asse e che trasmette principalmente forza radiale (vedere Fig. 2). Sheika chiamato perno nella parte centrale dell'albero o dell'asse. I supporti per le punte e i colli degli alberi sonoSottopicchi. Punte e colli in forma possono essere cilindricalico, conico o sferico. Nella maggior parte dei casi, applicare perni cilindrici.
Fig.3. Tacchi
Quinto chiamato perno che trasmette la forza assiale (Fig. 3). I supporti per i talloni sonocuscinetti reggispinta. Tacchi sono in forma continuomi (Fig. 3,UN), squillofuori (Fig. 3,B) E grein panchina(Fig. 3, V). I tacchi a pettine sono ora usati raramente.Superfici di atterraggio alberi e assi sotto i mozzi le parti montate funzionano cilindrico e conicokimi(vedi Fig. 2). Quando si atterra con un adattamento con interferenza, il diametro di queste superfici viene considerato maggiore del diametro delle sezioni vicine per comodità di pressatura e riduzione della concentrazione dello stress (vedere Fig. 2). I diametri delle superfici di appoggio e i diametri dei cuscinetti radenti vengono selezionati tra una serie di dimensioni lineari normali, diametri dei cuscinetti volventi - secondo gli standard dei cuscinetti.
Le estremità rastremate degli alberi (vedi Fig. 2) sono realizzate conconicità 1:10. Sono utilizzati per facilitare l'installazione. parti montate sull'albero.
aree di transizione alberi e assi tra due gradini di diverso diametro eseguono:
UN)con scanalatura arrotondata per l'uscita della mola (Fig. 4, UN);
B)con un raccordo di raggio costante, riso. 4, B(raccordo - la superficie di una transizione graduale da una sezione di una sezione più piccola a una più grande);
V 
)
con raccordo a raggio variabile(riso. 4,
V).
Riso. 4. Transizioni dell'albero
Le sezioni transitorie sono concentratori di tensionezheny. Uno strumento efficace per ridurre la concentrazione dello stress nelle aree di transizione è promozione
conformità realizzando scanalature in rilievo (Fig. 5, UN), aumentando i raggi dei raccordi, praticando dei fori nei gradini di diametro maggiore (Fig. 5, B). Incrudimento (onrivettatura) i filetti aumentano la portataproprietà degli alberi e degli assi.
Riso. 5. Modi per aumentare la resistenza autorizzata degli alberi
Materiali dell'albero e dell'assedovrebbe beneessere elaborato, essere durevole ehanno un alto modulo di elasticità.Questo i requisiti sono pienamente soddisfatti dagli acciai al carbonio e legati, da cui sono realizzati principalmente alberi e assi. Per alberi e assi senza trattamento termico di indurimento vengono utilizzati gli acciai St5, St6; per alberi con trattamento termico - acciaio 45, 40X. Gli alberi ad alta velocità che funzionano con cuscinetti a strisciamento sono realizzati in acciaio 20, 20X, 12XNZA.I perni di questi alberi sono cementatiper migliorare la resistenza all'usura.
Alberi e assi vengono lavorati su torni, seguiti da perni di macinazione e superfici di seduta.
Alberi e assi vengono utilizzati per supportare parti rotanti (ingranaggi, giunti, pulegge, ruote dentate, rotori, ecc.) e trasferire i carichi da queste parti attraverso i supporti all'alloggiamento. Gli assi sono sia rotanti che fissi, percepiscono l'azione dei momenti flettenti e delle forze longitudinali. Gli alberi, a differenza degli assi, possono solo ruotare. Sono soggetti a forze longitudinali, momenti flettenti e torcenti.
La forma strutturale degli alberi e degli assi dipende da molti fattori: lo scopo del meccanismo, lo scopo e la forma delle parti che si accoppiano con l'albero o l'asse, la natura dei carichi, la tecnologia di produzione e assemblaggio.
Gli alberi sono Dritto, a gomito E flessibile. Questo tutorial copre solo gli alberi dritti più comuni. Gli assi sono disponibili solo con asse geometrico dritto.
Alberi e assi possono essere solido E vuoto. Quando si utilizzano alberi cavi e assi, la massa della struttura può essere notevolmente ridotta. Ad esempio, un albero cavo con un rapporto tra diametro del foro e diametro esterno dell'albero di 0,75 con una resistenza quasi uguale a un albero pieno ha un peso inferiore del 50%. A questo proposito, nei meccanismi degli aerei, gli alberi e gli assi di grande diametro (più di 10 ... 12 mm) sono generalmente cavi. Gli alberi di entrata e di uscita sono progettati con fori non passanti per sigillare la cavità interna del meccanismo o con fori chiusi con tappi.
Alberi e assi differiscono nella forma: liscio E fatto un passo. Scegliendo una forma a gradino più difficile da produrre, è possibile garantire una distribuzione uniforme delle sollecitazioni lungo la lunghezza dell'albero e la necessaria resistenza e rigidità sotto l'azione di fattori di forza interni. Inoltre, con una forma a gradini, si creano condizioni migliori per assemblare parti con un albero e per fissarle rispetto all'albero nelle direzioni assiale e radiale. Gli assi, per la loro maggiore semplicità, sono spesso lisci e gli alberi, di regola, sono gradinati, e ogni parte ha il proprio gradino sull'albero, lavorato con la precisione e ruvidità richieste.
Gli alberi sono realizzati sotto forma di una parte separata (Fig. 13.1, a) o in un unico pezzo con ingranaggi cilindrici (Fig. 13.1, b, d) ingranaggio conico (Fig. 13.1, c).
Nei meccanismi degli aerei, gli alberi sono spesso realizzati in un unico pezzo con parti di ingranaggi che, a causa dell'assenza di elementi di collegamento, riducono la massa totale della struttura e ne aumentano l'affidabilità. Tuttavia, la progettazione di un albero monolitico non è sempre appropriata, poiché non è sempre necessario realizzare l'albero e la parte con lo stesso materiale. Inoltre, con questa opzione, è esclusa la possibilità di sostituire l'albero o una parte durante il funzionamento. Quando si fabbrica una struttura monolitica da un pezzo di grande diametro, si dovrebbe tenere conto del fatto che le proprietà di resistenza del materiale diminuiscono con l'aumento del diametro del pezzo. Una struttura monolitica è economicamente vantaggiosa se il diametro della parte è leggermente maggiore del diametro del proprio albero, nonché in condizioni di produzione di un pezzo singolo o di ottenimento di un pezzo mediante forgiatura (ad esempio, la formazione di elementi della parte situati su l'estremità dell'albero mediante ribaltamento).
Gli alberi possono essere realizzati con denti (Fig. 13.1.6), con sedi per chiavetta (Fig. 13.1, a), con scanalature anulari per anelli di supporto (Fig. 13.1, a), con sezioni filettate (Fig. 13.1, 6, V) e scanalature per il bloccaggio delle parti filettate (Fig. 13.1, V). Gli alberi possono avere assiale (Fig. 13.1, B) e radiale (Fig. 13.1, V) fori e scanalature per l'uscita
mola (Fig. 13.1, a, c), aree di uscita della fresa durante il taglio dei denti (Fig. 13.1, B), nonché scanalature per l'uscita dell'utensile durante la filettatura (Fig. 13.1, c).
Gli assi sono fissi (Fig. 13.2, a) e rotanti (Fig. 13.2, buu liscio (Fig. 13.2, UN) e a gradini (Fig. 13.2, B). Gli assi, come gli alberi, possono avere denti (spline), scanalature, scanalature, scanalature, filettature e fori. Gli assi lisci sono standardizzati. Il fissaggio di questi assi nella direzione assiale è molto spesso
effettuato con una coppiglia (Fig. 13.3, a). Per gli assi (per lo più fissi), il fissaggio viene utilizzato con un perno cilindrico o conico (Fig. 13.3, B), vite di fissaggio (Fig. 13.3, V) oppure un portaseme con bullone (Fig. 13.3, G). Gli assi fissi vengono installati con un adattamento transitorio (ad esempio K7/I6) o con interferenza (ad esempio R7/h6).
Gli assi e gli alberi mobili, sia in direzione radiale che assiale, sono fissati su cuscinetti, che a loro volta sono montati nell'alloggiamento. Il fissaggio preciso di alberi e assi nella direzione radiale viene effettuato inserendoli nei cuscinetti e inserendo i cuscinetti di atterraggio nell'alloggiamento. Nella direzione assiale, gli alberi e gli assi con le parti montate su di essi sono collegati ai cuscinetti in uno dei modi mostrati in fig. 13.4. L'applicazione più grande si trova nel fissaggio semplice ed economico con anelli a molla (Fig. 13.4, UN): eccentrico 1 o concentrico 2 . La presenza dello spazio 5 tra l'anello e il cuscinetto porta a imprecisioni nell'installazione delle parti e allo scorrimento delle superfici delle parti e dell'albero, cioè alla loro usura. Utilizzando un anello intermedio 3 (Fig. 13.4, B) con la sua regolazione dello spessore mediante molatura della faccia terminale o una serie di spessori 4 dal foglio (Fig. 13.4, V) consente di ridurre al minimo la dimensione dello spazio vuoto 5. Gli spessori di regolazione non sono posizionati accanto all'anello elastico per evitare che cadano nella scanalatura dell'anello. Quando si fissa all'estremità dell'albero, è conveniente utilizzare una rondella terminale standard 5 (Fig. 13.4, d)> avvitato 6 e fissata dalla rotazione tramite il perno 7. La vite è bloccata dallo svitamento tramite una rondella 8. Con un carico assiale significativo, viene utilizzata una rondella fissata con due viti (Fig. 13.4, e).
SCOPO E CLASSIFICAZIONE DEGLI ALBERI.ALBERI E ASSI
Le parti rotanti della macchina (ruote dentate, pulegge, ruote dentate, ecc.) sono posizionate su alberi e assi. Gli alberi sono progettati per trasmettere la coppia lungo il proprio asse. Le forze che si generano durante la trasmissione della coppia provocano sollecitazioni di torsione e flessione e talvolta sollecitazioni di trazione o compressione.
Gli assi non trasmettono coppia; le forze che agiscono in essi provocano solo sollecitazioni di flessione (non vengono prese in considerazione le coppie minori derivanti dalle forze di attrito). Gli alberi ruotano su cuscinetti. L'asse può essere rotante o fisso.
Di proposito si distinguono gli alberi degli ingranaggi e gli alberi principali, che sopportano il carico non solo dalle parti degli ingranaggi, ma anche dai corpi lavoranti delle macchine (dischi, frese, tamburi, ecc.).
In base alla progettazione, gli alberi possono essere suddivisi in diritti, a gomito e flessibili (Fig. 4.1). Alberi rettilinei ampiamente utilizzati con design a gradini. Questa forma dell'albero è comoda durante l'installazione, poiché consente di installare la parte con un accoppiamento con interferenza senza danneggiare le sezioni adiacenti e garantirne il fissaggio assiale. Le sporgenze dell'albero possono sopportare carichi assiali significativi. Tuttavia, nei punti di congiunzione di sezioni di diverso diametro, si verifica una concentrazione di sollecitazioni che riduce la resistenza dell'albero.
Gli alberi cavi vengono utilizzati per ridurre la massa dell'albero e per garantire l'alimentazione di olio, refrigerante o aria.
Un gruppo speciale comprende gli alberi flessibili utilizzati per trasmettere la coppia tra alberi i cui assi di rotazione sono spostati nello spazio.
Nelle macchine agricole, di sollevamento e trasporto e di altro tipo vengono spesso utilizzati alberi di trasmissione, la cui lunghezza raggiunge diversi metri. Sono realizzati in composito, collegandosi con flange o giunti.
Criteri di prestazione dell'albero.
Il design, le dimensioni e il materiale dell'albero dipendono in modo significativo dai criteri che ne determinano le prestazioni. Le prestazioni degli alberi sono caratterizzate principalmente dalla loro robustezza e rigidità e, in alcuni casi, dalla resistenza alle vibrazioni e all'usura.
La maggior parte degli alberi di trasmissione si guastano a causa della bassa resistenza alla fatica. I cedimenti dell'albero nella zona di concentrazione delle sollecitazioni si verificano a causa dell'azione di sollecitazioni variabili. Per gli alberi a bassa velocità funzionanti con sovraccarichi, il criterio principale per le prestazioni è la resistenza statica. La rigidità degli alberi durante la flessione e la torsione è determinata dai valori delle deflessioni, dagli angoli di rotazione della linea elastica e dagli angoli di torsione. I movimenti elastici degli alberi influenzano negativamente il funzionamento di ingranaggi e ingranaggi a vite senza fine, cuscinetti, giunti e altri elementi di trasmissione, riducendo la precisione dei meccanismi, aumentando la concentrazione dei carichi e l'usura delle parti.
Per gli alberi veloci è pericoloso il verificarsi di risonanza, un fenomeno quando la frequenza delle oscillazioni naturali coincide o è un multiplo della frequenza delle forze perturbatrici. Per prevenire la risonanza, viene calcolata la resistenza alle vibrazioni. Quando si installano alberi su cuscinetti a scorrimento, le dimensioni dei perni dell'albero vengono determinate dallo stato di resistenza all'usura del supporto scorrevole.
Riso. 4.1 Tipi di alberi e assi:
a - asse rettilineo; b - albero pieno a gradini; c - ha fatto un passoalbero cavo; g - albero motore; d - albero flessibile
La progettazione dell'albero viene eseguita in più fasi.
Nella prima fase determinare i carichi di progetto, sviluppare uno schema di progettazione per l'albero, tracciare i diagrammi dei momenti. Questa fase è preceduta da uno schizzo del meccanismo, durante il quale vengono preliminarmente determinate le dimensioni principali dell'albero e la posizione relativa delle parti coinvolte nel trasferimento dei carichi.
I carichi attuali trasferiti all'albero dal lato della parte (puleggia, ruota dentata, ingranaggio, ecc.) o dall'albero alla parte includono:
Forze nell'innesto di ingranaggi e ruote a vite senza fine;
Carichi sugli alberi delle trasmissioni a cinghia e catena;
Carichi derivanti durante l'installazione dei giunti a causa di imprecisioni di montaggio e altri errori.
La determinazione delle forze di innesto e dei carichi sugli alberi delle trasmissioni a cinghia e catena è discussa sopra.
Quando installato alle estremità dell'ingresso; gli alberi di uscita dei giunti tengono conto del carico radiale a sbalzo, che provoca la flessione dell'albero. Si consiglia di determinare questo carico secondo GOST 16162-85.
Per gli alberi di entrata e di uscita dei riduttori a coppia conica monostadio e per gli alberi veloci di riduttori di qualsiasi tipo, il carico a sbalzo può essere calcolato approssimativamente con la formula
; (4.1)
per alberi lenti di riduttori a due e tre stadi, nonché ingranaggi a vite senza fine
; (4.2.)
dove T è la coppia sull'albero, N. m.
Si presuppone semplicemente che le forze e i momenti trasmessi dal mozzo alla parte siano concentrati e applicati a metà della sua lunghezza.
Quando si esegue lo schema di progettazione, l'albero è considerato come una trave incernierata. La posizione del fulcro dell'albero dipende dal tipo di cuscinetto (fig. 4.2).
Riso. 4.2. Punti di appoggio dell'albero:
UN - su cuscinetto radiale; B - su cuscinetto assiale radiale;
V- su due cuscinetti in un unico supporto; G - su un cuscinetto liscio.
Le forze che agiscono su due piani reciprocamente perpendicolari (verticale e orizzontale) vengono trasferite a punti sull'asse dell'albero. I grafici di flessione e coppia sono costruiti su due piani (Fig. 4.3).
Il momento della forza circonferenziale è rappresentato sul diagramma dei momenti, quello della forza assiale sul piano verticale - sotto forma di salto M′ z sul diagramma dei momenti flettenti. Le trame sono costruite secondo la metodologia delineata nel corso sulla resistenza dei materiali.
I diagrammi determinano i momenti flettenti totali in qualsiasi sezione. Quindi nella sezione 1-1 il momento totale più grande
dove Ì z 1 — momento flettente in una sezione pericolosa del piano ZY ; M x1 - momento flettente in una sezione pericolosa nel piano XY; M k1 - momento flettente nel piano d'azione del carico a sbalzo. Confrontando i valori ottenuti si distinguono le sezioni più pericolose del pozzo.
Nella seconda fase sviluppare il design dell'albero. Determinare preliminarmente il diametro della sezione di uscita in base alla sollecitazione torsionale ammissibile condizionata [τ], assumendola pari a 15-25 MPa.
Diametro dell'albero, mm,
Se si sceglie un design con albero a gradini, i diametri e le lunghezze delle sue sezioni vengono determinati utilizzando lo schema di calcolo o il layout dello schizzo (vedere sopra)
Riso. 4.3. Schemi di carico dell'albero. Diagrammi dei momenti flettenti e torcenti Si consiglia di specificare le dimensioni accettate in conformità con GOST 6636-69 *.
La forma a gradino dell'albero è preferibile, poiché semplifica l'assemblaggio dei giunti con accoppiamento con interferenza, previene danni alle aree con superfici di maggiore pulizia, la forma dell'albero si avvicina a una trave altrettanto forte. Tuttavia, nei punti di congiunzione di sezioni di diverso diametro, si verifica una concentrazione di sollecitazioni che riduce la resistenza dell'albero e quando come pezzo viene utilizzata un'asta o un pezzo forgiato, la tecnologia di produzione diventa più complicata e il consumo di metallo aumenta . Per ridurre la concentrazione delle sollecitazioni e, di conseguenza, aumentare la resistenza a fatica dell'albero, le sezioni di transizione vengono spesso eseguite con raccordi (Fig. 4.4). Il raggio del raccordo r e l'altezza della spalla (sporgenza) vengono selezionati in base al diametro dell'albero d, alla forza assiale, alle dimensioni R, c 1 e alla forma della parte da installare (Tabella 4.1).
Riso. 4.4. Sezioni di transizione dell'albero sotto forma di raccordi
Tabella 4.1 Dimensioni dei raccordi, mm. (Vedi Fig.4.4.)
Se la sporgenza serve per il fissaggio assiale del cuscinetto, l'altezza h. (Tabella 4.2) dovrebbe essere inferiore allo spessore dell'anello interno del cuscinetto di una quantità t sufficiente per accogliere le gambe dell'estrattore durante lo smontaggio.
Le scanalature per l'uscita della mola (Fig. 4.5) provocano una concentrazione di sollecitazioni maggiore rispetto ai raccordi. Le transizioni con tali scanalature vengono eseguite con un significativo margine di sicurezza dell'albero. Le dimensioni della scanalatura sono riportate nella tabella 4.3.
Per evitare giochi assiali, la lunghezza della sede dell'albero deve essere leggermente inferiore alla lunghezza del mozzo della parte montata. Per facilitare l'installazione, la sezione dell'albero per un accoppiamento con interferenza deve presentare smussi e smussi (Fig. 4.6, a, b, tabella 4.4).
Riso. 4.5. Scanalature per l'uscita della mola:
a, b - per rettificare la superficie cilindrica dell'albero;
c - per levigare la superficie cilindrica e l'estremità della sporgenza
Se la sezione dell'albero non presenta spallamenti persistenti, si consiglia che il suo diametro sia inferiore del 5% rispetto al diametro del foro (Fig. 4.6, c).
La forma della sezione di uscita dell'albero (Fig. 4.7) può essere cilindrica (GOST 12080-66 *) o conica (GOST 12081-72 *). L'estremità rastremata dell'albero è più difficile da eseguire. Tuttavia, le connessioni coniche hanno un'elevata capacità di carico, sono più facili da montare e smontare. La forza assiale viene generata serrando il dado. Per fare ciò, all'estremità del gambo è prevista una filettatura di fissaggio.
Riso. 4.6. Smussi (a), smussi (b) e tratti di transizione (c)
Riso. 4.7. Sezioni di uscita degli alberi: a - cilindrico, b - conico
La forma e le dimensioni delle sedi per chiavetta sull'albero dipendono dal tipo di chiavetta e dall'utensile da taglio. Le scanalature per chiavetta realizzate con una fresa a disco causano una minore concentrazione di sollecitazioni. Tuttavia, il fissaggio della chiave qui è meno affidabile e la scanalatura è più lunga a causa delle sezioni per l'uscita della taglierina (Fig. 4.8). Se sono presenti scanalature per chiavette, è necessario fornire tali dimensioni delle sezioni degli alberi a gradini in modo che lo smontaggio delle parti avvenga senza rimuovere le chiavette, poiché le chiavi sono installate nelle scanalature con un accoppiamento a pressione e la loro rimozione è indesiderabile.
Pertanto, il diametro d 2 del vicino sito di atterraggio viene determinato tenendo conto dell'altezza hchiavi:
dove t 2 è la profondità della scanalatura nel mozzo, mm
Riso. 4.8. Sedi per chiavetta:
a - realizzato con un tagliadito; b - taglierina a disco.
Designazioni: l - lunghezza operativa della chiave; b - larghezza della chiave;
lout - la lunghezza della sezione per l'uscita della taglierina; Dfr - diametro della fresa a disco
Se questa condizione non è realizzabile sulle sezioni d'uscita degli alberi, allora la cava per linguetta viene fresata “in passata”. Quando si installano più chiavette sull'albero, queste devono essere posizionate sullo stesso piano e prevedere, se possibile, la stessa larghezza delle scanalature, subordinatamente alle condizioni di resistenza dei collegamenti delle chiavette. Ciò consente di elaborare scanalature senza modificare la posizione dell'albero e con un solo utensile.
Le dimensioni dei denti dei tratti scanalati vengono scelte tenendo conto dei diametri dei tratti di sede dell'albero adiacenti. Per l'uscita dell'utensile da taglio, il diametro interno d dei denti della sezione scanalata situata tra i cuscinetti deve essere maggiore del diametro del foro del cuscinetto. Altrimenti, per l'uscita della fresa, un tratto di lunghezza pari a cm l uscita (fig. 4.9, tabella 4.5).
Con lo stesso principio, le sezioni filettate degli alberi sono progettate per dadi con intaglio tondo. Nelle sezioni sono previste scanalature per l'uscita dell'utensile filettante (Fig. 4.10, Tabella 4.6) e sotto la linguetta della rondella di sicurezza multilama.
Riso. 4.9. Sezioni scanalate di alberi
Tabella 4.5. Diametro fresa per spline diritte (vedi Fig.4.9)
Tabella 4.6. Dimensioni delle scanalature di diverso tipo, mm (vedere Fig. 4.11.)
Nota. Le scanalature di tipo I hanno un raggio di smusso r1= 0,5 mm.
Nella fabbricazione dell'albero in un unico pezzo con l'ingranaggio (Fig. 4.11), il materiale dell'albero e il metodo di trattamento termico vengono scelti in base alla resistenza dei denti dell'ingranaggio.
Per la produzione di alberi vengono utilizzati acciai strutturali al carbonio 40, 45, 50 e acciaio legato 40X con durezza. HB≤ 300. Gli acciai legati 40KhN, 30KhGSA, 30KhGT e altri gradi con successivo indurimento HDTV vengono utilizzati per alberi fortemente caricati. Gli alberi veloci rotanti su cuscinetti a strisciamento sono realizzati in acciai cementati 20Kh, 12KhNZA, 18KhGT o acciaio nitrurato 38Kh2MYUA per aumentare la resistenza all'usura dei perni. Se le dimensioni dell'albero sono determinate dalle condizioni di rigidità, allora è possibile
utilizzare l'acciaio St. 5, art. 6. Ciò è consentito se sull'albero non sono presenti superfici soggette a usura (perni, scanalature, ecc.) che richiedono acciai resistenti e trattati termicamente. Gli alberi sagomati (ad esempio gli alberi a gomiti) sono realizzati in ghise modificate e ad alta resistenza.
Le caratteristiche meccaniche degli alberi sono riportate nella tabella 4.7.
Alla terza fase la progettazione esegue un calcolo di verifica dell'albero, determinando la sollecitazione equivalente o il margine di sicurezza nei tratti più pericolosi.
Per gli alberi che funzionano in modalità sovraccarico a breve termine, al fine di prevenire deformazioni plastiche, viene eseguito un calcolo di verifica della resistenza statica. Sollecitazione equivalente nella sezione pericolosa, MPa,
; (4.6)
dove d è il diametro dell'albero, mm; M - il momento flettente massimo, N. m; T - la coppia più grande, N. m.
Sollecitazione ammissibile, MPa,
dove σ t è il carico di snervamento, MPa; S T - margine di sicurezza in termini di limite di snervamento: S T \u003d 1,2-1,8.
Il calcolo di verifica degli assi viene eseguito secondo la formula (4.6) a T = 0.
Per i carichi a lunga durata viene eseguito un calcolo di verifica della resistenza alla fatica. Fattore di sicurezza a fatica
; (4.8)
dove Sσ; Sτ - fattori di sicurezza, rispettivamente, per sollecitazioni di flessione e torsione; [S] - fattore di sicurezza consentito: [S] = 2-2,5.
Fattore di sicurezza per le sollecitazioni di flessione
; (4.9)
Riso. 4.11. Design dell'albero - ingranaggi.
Designazioni: da1 - diametro dell'ingranaggio; dB è il diametro dell'albero;
dП - diametro dell'albero per il cuscinetto in base alle sollecitazioni di torsione
; (4.10)
dove σ -1, -1 sono i limiti di fatica del materiale dell'albero, rispettivamente, a flessione e torsione con un ciclo simmetrico di cambio di segno, MPa (vedere Tabella 4.7); K σ D , K D - fattori di concentrazione delle sollecitazioni, tenendo conto dell'influenza di tutti i fattori sulla resistenza alla fatica; σ a, D - componenti variabili del ciclo di stress (ampiezza), MPa; ψ σ ψ - coefficienti che caratterizzano la sensibilità del materiale all'asimmetria del ciclo di sollecitazioni (vedi tabella 4.7); σm; m - componenti costanti del ciclo di variazioni di stress, MPa.
Componenti del ciclo di cambiamenti nelle sollecitazioni di flessione:
; (4.11)
dove M Σ è il momento flettente totale, N. m; W o - momento di resistenza della sezione di flessione dell'albero-bu) mm 3; F a - forza assiale. H; A - area della sezione trasversale dell'albero, mm 2: A \u003d nd 2 / 4.
Gli assi servono a supportare varie parti di macchine e meccanismi che ruotano con esse o su di esse. La rotazione dell'asse, insieme alle parti su di esso installate, viene effettuata rispetto ai suoi supporti, chiamati cuscinetti. Un esempio di asse non rotante è l'asse di un blocco di una macchina di sollevamento (Fig. 1, a) e un asse rotante è l'asse di un carro (Fig. 1, b). Gli assi percepiscono il carico delle parti poste su di essi e lavorano in flessione.
Riso. 1Disegni di assali e alberi.
Gli alberi, a differenza degli assi, sono progettati per trasmettere la coppia e, nella maggior parte dei casi, per mantenere varie parti della macchina in rotazione con essi rispetto ai cuscinetti. Gli alberi che portano le parti attraverso le quali viene trasmessa la coppia ricevono carichi da queste parti e, quindi, lavorano contemporaneamente in flessione e torsione. Quando le parti montate sugli alberi (ingranaggi conici, ruote elicoidali, ecc.) sono soggette a carichi assiali, gli alberi lavorano inoltre in tensione o compressione. Alcuni alberi non supportano parti rotanti (alberi di trasmissione di automobili, rulli di collegamento di un laminatoio, ecc.), quindi questi alberi funzionano solo in torsione. Di proposito, si distinguono gli alberi degli ingranaggi, sui quali sono installati ingranaggi, ruote dentate, giunti e altre parti degli ingranaggi, e gli alberi principali, sui quali sono installate non solo le parti degli ingranaggi, ma anche altre parti, come volani, manovelle, ecc.
Gli assi lo sono aste dritte(Fig. 1, a, b) e si distinguono gli alberi Dritto(Fig. 1, c, d), a gomito(Fig. 1, e) e flessibile(Fig. 1, f). Gli alberi dritti sono molto diffusi. Gli alberi a gomiti negli ingranaggi a manovella vengono utilizzati per convertire il movimento alternativo in rotatorio o viceversa e sono utilizzati nelle macchine alternative (motori, pompe). Gli alberi flessibili, che sono molle di torsione multifilo intrecciate da fili, vengono utilizzati per trasferire la coppia tra i nodi della macchina che cambiano la loro posizione relativa durante il funzionamento (utensili elettrici, dispositivi di controllo e monitoraggio remoto, trapani dentistici, ecc.). Gli alberi motore e gli alberi flessibili sono parti speciali, vengono studiati nei relativi corsi speciali. Gli assi e gli alberi nella maggior parte dei casi sono solidi rotondi e talvolta hanno una sezione trasversale anulare. Le sezioni separate degli alberi hanno una sezione rotonda solida o anulare con una sede per chiavetta (Fig. 1, c, d) o scanalate e talvolta una sezione profilata. Il costo degli assi e degli alberi a sezione anulare è solitamente superiore a quello di una sezione piena; vengono utilizzati nei casi in cui è necessario ridurre la massa della struttura, ad esempio negli aerei (vedi anche l'asse dei satelliti del riduttore epicicloidale in Fig. 4), o per posizionare un'altra parte all'interno. Gli assi cavi saldati e gli alberi costituiti da un nastro posizionato lungo una linea elicoidale consentono di ridurre il peso fino al 60%.
Gli assi di piccola lunghezza sono realizzati con lo stesso diametro su tutta la lunghezza (Fig. 1, a) e lunghi e fortemente caricati (Fig. 1, b). Gli alberi diritti, a seconda dello scopo, sono realizzati con diametro costante su tutta la lunghezza (alberi di trasmissione, Fig. 1, c) o a gradini (Fig. 1, d), ad es. diametri diversi in alcune zone. I più comuni sono gli alberi a gradini, poiché la loro forma è comoda per l'installazione di parti su di essi, ognuna delle quali deve passare liberamente al suo posto (per gli alberi del cambio, vedere l'articolo "Riduttori a ingranaggi" Fig. 2; 3; e "Ingranaggio a vite senza fine" Fig. 2; 3). A volte gli alberi sono realizzati insieme ad ingranaggi (vedi Fig. 2) o viti senza fine (vedi Fig. 2; 3).
Riso. 2
Le sezioni degli assi e degli alberi con cui poggiano sui cuscinetti si chiamano perni quando percepiscono carichi radiali, e talloni quando percepiscono carichi assiali. Vengono chiamati i perni terminali che lavorano nei cuscinetti a strisciamento appuntito(Fig. 2, a) e i perni situati a una certa distanza dalle estremità degli assi e degli alberi - colli(Fig. 2b). I perni degli assi e degli alberi che operano nei cuscinetti a strisciamento sono cilindrici (Fig. 2, a), conico(Fig. 2, c) e sferico(Fig. 2d). I più comuni sono gli armadi cilindrici, poiché sono i più semplici, convenienti ed economici da produrre, installare e utilizzare. I perni conici e sferici vengono utilizzati relativamente raramente, ad esempio, per controllare il gioco nei cuscinetti di macchine di precisione spostando l'albero o il guscio del cuscinetto e talvolta per il fissaggio assiale dell'asse o dell'albero. I perni sferici vengono utilizzati quando l'albero, oltre al movimento rotatorio, deve compiere un movimento angolare nel piano assiale. I perni cilindrici che operano nei cuscinetti a strisciamento sono generalmente realizzati con un diametro leggermente inferiore rispetto alla sezione adiacente dell'asse o dell'albero, in modo che grazie alle spalle e alle spalle (Fig. 2, b), gli assi e gli alberi possano essere fissati assialmente spostamenti. I perni degli assi e degli alberi per cuscinetti volventi sono quasi sempre cilindrici (Fig. 3, a, b). Relativamente raramente vengono utilizzate spine coniche con un piccolo angolo di conicità per controllare i giochi nei cuscinetti volventi mediante deformazione elastica degli anelli. Su alcuni assi e alberi, per il fissaggio dei cuscinetti volventi vicino ai perni, sono previste filettature per dadi (Fig. 3, b;) o scanalature anulari per il fissaggio degli anelli elastici.
Riso. 3
I talloni che lavorano su cuscinetti a strisciamento, chiamati cuscinetti reggispinta, sono solitamente realizzati anulari (Fig. 4, a) e in alcuni casi a pettine (Fig. 4, b). I talloni a pettine vengono utilizzati quando sugli alberi agiscono grandi carichi assiali; nell'ingegneria moderna, sono rari.
Riso. 4
Le superfici di appoggio degli assi e degli alberi, su cui sono montate le parti rotanti di macchine e meccanismi, sono cilindriche e molto meno spesso coniche. Questi ultimi vengono utilizzati, ad esempio, per facilitare l'installazione di parti pesanti sull'albero e la rimozione da esso con maggiore precisione di centratura delle parti.
La superficie di una transizione graduale da uno stadio di un asse o albero a un altro è chiamata raccordo (vedere Fig. 2, a, b). Il passaggio da gradini di diametro minore a gradini di diametro maggiore viene eseguito con una scanalatura arrotondata per l'uscita della mola (vedi Fig. 3). Per ridurre la concentrazione delle sollecitazioni, i raggi dei raccordi e delle scanalature vengono presi il più grandi possibile e la profondità delle scanalature è minore (GOST 10948-64 e 8820-69).
La differenza tra i diametri dei gradini adiacenti degli assi e degli alberi per ridurre la concentrazione delle sollecitazioni dovrebbe essere minima. Le estremità degli assi e degli alberi, per facilitare l'installazione su di essi di parti rotanti della macchina e prevenire lesioni alle mani, sono realizzate con smussi, cioè sono leggermente conificate (vedi Fig. 1 ... 3). I raggi del raccordo e le dimensioni dello smusso sono normalizzati da GOST 10948-64.
La lunghezza degli assi solitamente non supera i 2 ... 3 m, gli alberi possono essere più lunghi. In base alle condizioni di produzione, trasporto e installazione, la lunghezza degli alberi pieni non deve superare 6 ... 7 M. Gli alberi più lunghi sono realizzati in composito e le loro singole parti sono collegate mediante giunti o mediante flange. I diametri delle sedi degli assi e degli alberi su cui sono installate le parti rotanti di macchine e meccanismi devono essere conformi a GOST 6636-69 (ST SEV 514-77).
Materiali degli assi e degli alberi.
Gli assi e gli alberi sono realizzati in acciai strutturali al carbonio e legati, poiché presentano elevata resistenza, capacità di indurimento superficiale e volumetrico, facilità di ottenere billette cilindriche mediante laminazione e buona lavorabilità sulle macchine utensili. Per assi e alberi senza trattamento termico, vengono utilizzati acciai al carbonio St3, St4, St5, 25, 30, 35, 40 e 45. miglioramento di 35, 40, 40X, 40HX, ecc. Per aumentare la resistenza all'usura dei perni di alberi rotanti su cuscinetti a strisciamento, gli alberi sono realizzati in acciai 20, 20X, 12KhNZA e altri, seguiti da cementazione e tempra dei perni. Gli alberi responsabili fortemente caricati sono realizzati con acciai legati 40KhN, 40KhNMA, 30KhGT, ecc. Anche gli alberi fortemente caricati di forma complessa, ad esempio gli alberi a gomiti del motore, sono realizzati in ghisa modificata o ad alta resistenza.