Axlarär kritiska komponenter i mekaniska system och fungerar som ryggraden som stöder alla transmissionselement samtidigt som de överför vridmoment och lagerböjningsmoment. Konstruktionen av en axel måste inte bara fokusera på dess individuella egenskaper utan också beakta dess integration med axelsystemets övergripande struktur. Beroende på vilken typ av belastning som uppstår under rörelse och kraftöverföring kan axlar kategoriseras i spindlar, drivaxlar och roterande axlar. De kan också klassificeras baserat på deras axelform i raka axlar, excentriska axlar, vevaxlar och flexibla axlar.
Spindlar
1. Fast spindel
Denna typ av spindel tål endast böjmoment medan den förblir stationär. Dess enkla struktur och goda styvhet gör den idealisk för applikationer som cykelaxlar.
2. Roterande spindel
Till skillnad från fasta spindlar utsätts roterande spindlar även för böjmoment under rörelse. De förekommer ofta i tåghjulsaxlar.
Drivaxel
Drivaxlar är konstruerade för att överföra vridmoment och är vanligtvis längre på grund av höga rotationshastigheter. För att förhindra kraftiga vibrationer orsakade av centrifugalkrafter är drivaxelns massa jämnt fördelad längs dess omkrets. Moderna drivaxlar använder ofta ihåliga konstruktioner, vilket ger högre kritiska hastigheter jämfört med solida axlar, vilket gör dem säkrare och mer materialeffektiva. Till exempel är fordonsdrivaxlar vanligtvis tillverkade av jämnt tjocka stålplattor, medan tunga fordon ofta använder sömlösa stålrör.
Roterande axel
Roterande axlar är unika genom att de utsätts för både böjnings- och vridmoment, vilket gör dem till en av de vanligaste komponenterna i mekanisk utrustning.
Rak axel
Raka axlar har en linjär axel och kan kategoriseras i optiska och stegade axlar. Raka axlar är vanligtvis soilda, men kan utformas för att vara ihåliga för att minska vikten samtidigt som styvhet och vridstabilitet bibehålls.
1. Optisk axel
Dessa axlar är enkla i formen och lätta att tillverka och används främst för transmission.
2. Stegaxel
En axel med ett stegformat längsgående tvärsnitt kallas för en stegaxel. Denna design underlättar enklare installation och positionering av komponenter, vilket leder till en effektivare lastfördelning. Även om dess form liknar en balk med jämn hållfasthet, har den flera punkter för spänningskoncentration. På grund av dessa egenskaper används stegaxlar i stor utsträckning i olika transmissionsapplikationer.
3. Kamaxel
Kamaxeln är en kritisk komponent i kolvmotorer. I fyrtaktsmotorer arbetar kamaxeln vanligtvis med halva varvtalet jämfört med vevaxeln, men den bibehåller fortfarande en hög rotationshastighet och måste tåla ett betydande vridmoment. Som ett resultat ställer kamaxelns konstruktion höga krav på dess styrka och stödförmåga.
Kamaxlar tillverkas vanligtvis av specialiserat gjutjärn, även om vissa är tillverkade av smidda material för ökad hållbarhet. Kamaxelns design spelar en viktig roll i motorns övergripande arkitektur.
4. Splineaxel
Splineaxlar har fått sitt namn efter sitt distinkta utseende, med längsgående kilspår på ytan. Dessa kilspår gör att roterande komponenter monterade på axeln kan upprätthålla synkroniserad rotation. Utöver denna rotationsförmåga möjliggör splineaxlar även axiell rörelse, där vissa konstruktioner innehåller tillförlitliga låsmekanismer för tillämpningar i broms- och styrsystem.
En annan variant är teleskopaxeln, som består av ett inre och ett yttre rör. Det yttre röret har inre tänder, medan det inre röret har utre tänder, vilket gör att de passar ihop sömlöst. Denna design överför inte bara rotationsmoment utan ger också möjlighet att förlängas och krympa i längd, vilket gör den idealisk för användning i växelmekanismer.
5. Kugghjulsaxel
När avståndet från ett kugghjuls dedendumcirkel till botten av kilspåret är minimalt, integreras kugghjulet och axeln i en enda enhet, känd som en kugghjulsaxel. Denna mekaniska komponent stöder roterande delar och arbetar tillsammans med dem för att överföra rörelse, vridmoment eller böjmoment.
6. Snäckaxel
En snäckskruvaxel är vanligtvis konstruerad som en enda enhet som integrerar både snäckan och axeln.
7. Ihålig axel
En axel konstruerad med ett ihåligt centrum kallas för en ihålig axel. Vid överföring av vridmoment utsätts det yttre lagret av en ihålig axel för den högsta skjuvspänningen, vilket möjliggör en effektivare materialanvändning. Under förhållanden där böjmomentet för ihåliga och solida axlar är lika, minskar ihåliga axlar vikten avsevärt utan att kompromissa med prestandan.
Vevaxel
En vevaxel är en viktig komponent i en motor, vanligtvis tillverkad av kolkonstruktionsstål eller segjärn. Den består av två huvudsektioner: huvudtappen och vevstakens tapp. Huvudtappen är monterad på motorblocket, medan vevstakens tapp ansluts till den stora änden av vevstaken. Den lilla änden av vevstaken är länkad till kolven i cylindern och bildar en klassisk vevaxel-glidmekanism.
Excentrisk axel
En excentrisk axel definieras som en axel med en axel som inte är i linje med dess centrum. Till skillnad från vanliga axlar, som främst underlättar rotation av komponenter, kan excentriska axlar överföra både rotation och varv. För att justera centrumavståndet mellan axlarna används excentriska axlar vanligtvis i plana länkmekanismer, såsom kilremsdrivningssystem.
Flexibel axel
Flexibla axlar är främst konstruerade för att överföra vridmoment och rörelse. På grund av sin betydligt lägre böjstyvhet jämfört med sin vridstyvhet kan flexibla axlar enkelt navigera runt olika hinder, vilket möjliggör långdistansöverföring mellan huvudkraften och arbetsmaskinen.
Dessa axlar underlättar rörelseöverföring mellan två axlar som har relativ rörelse utan behov av ytterligare mellanliggande transmissionsenheter, vilket gör dem idealiska för långdistansapplikationer. Deras enkla design och låga kostnad bidrar till deras popularitet i olika mekaniska system. Dessutom hjälper flexibla axlar till att absorbera stötar och vibrationer, vilket förbättrar den totala prestandan.
Vanliga tillämpningar inkluderar handhållna elverktyg, vissa transmissionssystem i verktygsmaskiner, vägmätare och fjärrkontrollenheter.
1. Flexibel axel av krafttyp
Flexibla axlar av krafttyp har en fast anslutning vid den mjuka axelkopplingens ände, utrustad med en glidhylsa inuti slangkopplingen. Dessa axlar är främst konstruerade för momentöverföring. Ett grundläggande krav för flexibla axlar av krafttyp är tillräcklig vridstyvhet. Vanligtvis inkluderar dessa axlar antireverseringsmekanismer för att säkerställa enkelriktad överföring. Det yttre lagret är konstruerat med en ståltråd med större diameter, och vissa konstruktioner inkluderar inte en kärnstång, vilket förbättrar både slitstyrka och flexibilitet.
2. Flexibel axel av kontrolltyp
Flexibla axlar av styrtyp är främst konstruerade för rörelseöverföring. Vridmomentet de överför används huvudsakligen för att övervinna friktionsmomentet som genereras mellan den flexibla trådaxeln och slangen. Förutom att ha låg böjstyvhet måste dessa axlar också ha tillräcklig vridstyvhet. Jämfört med flexibla axlar av krafttyp kännetecknas flexibla axlar av styrtyp av sina strukturella egenskaper, vilka inkluderar närvaron av en kärnstång, ett större antal lindningslager och mindre tråddiametrar.
Struktur av flexibel axel
Flexibla axlar består vanligtvis av flera komponenter: flexibel trådaxel, flexibel axelkoppling, slang och slangkoppling.
1. Tråd flexibel axel
En flexibel trådaxel, även känd som en flexibel axel, är konstruerad av flera lager ståltråd som är lindade tillsammans och bildar ett cirkulärt tvärsnitt. Varje lager består av flera trådar som är lindade samtidigt, vilket ger det en struktur som liknar en flertrådig fjäder. Det innersta lagret av tråd är lindat runt en kärnstång, med intilliggande lager lindade i motsatta riktningar. Denna design används ofta i jordbruksmaskiner.
2. Flexibel axelkoppling
Den flexibla axelkopplingen är utformad för att ansluta den utgående kraftaxeln till de arbetande komponenterna. Det finns två anslutningstyper: fast och glidande. Den fasta typen används vanligtvis för kortare flexibla axlar eller i applikationer där böjningsradien förblir relativt konstant. Däremot används den glidande typen när böjningsradien varierar avsevärt under drift, vilket möjliggör större rörelse i slangen för att hantera längdförändringar när slangen böjs.
3. Slang och slangkoppling
Slangen, även kallad ett skyddande hölje, tjänar till att skydda den flexibla trådaxeln från kontakt med externa komponenter, vilket säkerställer operatörens säkerhet. Dessutom kan den lagra smörjmedel och förhindra att smuts tränger in. Under drift ger slangen stöd, vilket gör den flexibla axeln lättare att hantera. Det är värt att notera att slangen inte roterar med den flexibla axeln under transmissionen, vilket möjliggör smidig och effektiv drift.
Att förstå de olika typerna och funktionerna av axlar är avgörande för att ingenjörer och konstruktörer ska kunna säkerställa optimal prestanda och tillförlitlighet i mekaniska system. Genom att välja lämplig axeltyp för specifika tillämpningar kan man förbättra maskiners effektivitet och livslängd. För mer insikt i mekaniska komponenter och deras tillämpningar, håll utkik efter våra senaste uppdateringar!
Publiceringstid: 15 oktober 2024
