Arborisunt componente critice în sistemele mecanice, servind drept coloană vertebrală ce susține toate elementele de transmisie în timp ce transmit cuplul și momentele de încovoiere ale rulmenților. Proiectarea unui arbore nu trebuie să se concentreze doar pe caracteristicile sale individuale, ci și să ia în considerare integrarea sa cu structura generală a sistemului de arbori. În funcție de tipul de sarcină resimțită în timpul mișcării și transmiterii puterii, arborii pot fi clasificați în fusuri principale, arbori de antrenare și arbori rotativi. De asemenea, pot fi clasificați în funcție de forma axei lor în arbori drepți, arbori excentrici, arbori cotiți și arbori flexibili.
Axe
1. Ax fix
Acest tip de ax suportă momente de încovoiere doar atunci când rămâne staționar. Structura sa simplă și rigiditatea bună îl fac ideal pentru aplicații precum axele de biciclete.
2. Ax rotativ
Spre deosebire de fusurile fixe, fusurile rotative suportă momente de încovoiere în mișcare. Acestea se găsesc frecvent în osiile roților de tren.
Arbore de transmisie
Arborii de transmisie sunt proiectați pentru a transmite cuplul și sunt de obicei mai lungi datorită vitezelor mari de rotație. Pentru a preveni vibrațiile severe cauzate de forțele centrifuge, masa arborelui de transmisie este distribuită uniform de-a lungul circumferinței sale. Arborii de transmisie moderni utilizează adesea modele tubulare, care oferă viteze critice mai mari în comparație cu arborii solizi, ceea ce îi face mai siguri și mai eficienți din punct de vedere al materialelor. De exemplu, arborii de transmisie auto sunt de obicei fabricați din plăci de oțel cu grosime uniformă, în timp ce vehiculele grele utilizează adesea țevi de oțel fără sudură.
Arbore rotativ
Arborii rotativi sunt unici prin faptul că rezistă atât la momente de încovoiere, cât și la momente de torsiune, ceea ce îi face una dintre cele mai comune componente din echipamentele mecanice.
Arbore drept
Arborii drepți au o axă liniară și pot fi clasificați în arbori optici și arbori în trepte. Arborii drepți sunt de obicei plini, dar pot fi proiectați să se golească pentru a reduce greutatea, menținând în același timp rigiditatea și stabilitatea la torsiune.
1. Arbore optic
Având o formă simplă și ușor de fabricat, aceste arbori sunt utilizați în principal pentru transmisie.
2. Arbore în trepte
Un arbore cu o secțiune transversală longitudinală în trepte este denumit arbore în trepte. Acest design facilitează instalarea și poziționarea componentelor, ducând la o distribuție mai eficientă a sarcinii. Deși forma sa seamănă cu cea a unei grinzi cu rezistență uniformă, are mai multe puncte de concentrare a stresului. Datorită acestor caracteristici, arborii în trepte sunt utilizați pe scară largă în diverse aplicații de transmisie.
3. Arbore cu came
Arborele cu came este o componentă critică în motoarele cu piston. În motoarele în patru timpi, arborele cu came funcționează de obicei la jumătate din turația arborelui cotit, însă menține o viteză de rotație ridicată și trebuie să suporte un cuplu semnificativ. Prin urmare, designul arborelui cu came impune cerințe stricte privind rezistența și capacitățile sale de susținere.
Arborele cu came sunt de obicei fabricate din fontă specializată, deși unii sunt fabricați din materiale forjate pentru o durabilitate sporită. Designul arborelui cu came joacă un rol vital în arhitectura generală a motorului.
4. Arbore canelură
Arborii canelați sunt numiți astfel datorită aspectului lor distinctiv, având caneluri longitudinale pe suprafața lor. Aceste caneluri permit componentelor rotative montate pe arbore să mențină o rotație sincronizată. Pe lângă această capacitate de rotație, arborii canelați permit și mișcarea axială, unele modele încorporând mecanisme de blocare fiabile pentru aplicații în sistemele de frânare și direcție.
O altă variantă este arborele telescopic, care este alcătuit din tuburi interioare și exterioare. Tubul exterior are dinți interni, în timp ce tubul interior are dinți externi, permițându-le să se îmbine perfect. Acest design nu numai că transmite cuplul de rotație, dar oferă și capacitatea de extindere și contractare în lungime, fiind ideal pentru utilizarea în mecanismele de schimbare a vitezelor de transmisie.
5. Arbore de transmisie
Când distanța dintre cercul de dedendum al unei roți dințate și partea inferioară a canalei de pană este minimă, roata dințată și arborele sunt integrate într-o singură unitate, cunoscută sub numele de arbore de angrenaj. Această componentă mecanică susține piesele rotative și funcționează împreună cu acestea pentru a transmite mișcarea, cuplul sau momentele de încovoiere.
6. Arbore melcat
Un arbore melcat este de obicei construit ca o singură unitate care integrează atât melcul, cât și arborele.
7. Arbore gol
Un arbore proiectat cu un centru gol este cunoscut sub numele de arbore gol. Atunci când se transmite cuplul, stratul exterior al unui arbore gol este supus celui mai mare efort de forfecare, permițând o utilizare mai eficientă a materialelor. În condițiile în care momentul de încovoiere al arborilor goli și al celor plini este egal, arborii goli reduc semnificativ greutatea fără a compromite performanța.
Arbore cotit
Un arbore cotit este o componentă critică a unui motor, de obicei fabricată din oțel carbon structural sau fontă ductilă. Acesta are două secțiuni cheie: fusul principal și fusul de bielă. Fusul principal este montat pe blocul motor, în timp ce fusul de bielă se conectează la capătul mare al bielei. Capătul mic al bielei este legat de pistonul din cilindru, formând un mecanism clasic de bielă-manivelă.
Arbore excentric
Un arbore excentric este definit ca un arbore cu o axă care nu este aliniată cu centrul său. Spre deosebire de arborii obișnuiți, care facilitează în principal rotația componentelor, arborii excentrici sunt capabili să transmită atât rotația, cât și revoluția. Pentru reglarea distanței centrale dintre arbori, arborii excentrici sunt utilizați în mod obișnuit în mecanismele de legătură planare, cum ar fi sistemele de acționare cu curele trapezoidale.
Arbore flexibil
Arborii flexibili sunt concepuți în principal pentru a transmite cuplul și mișcarea. Datorită rigidității lor la încovoiere semnificativ mai mici în comparație cu rigiditatea lor la torsiune, arborii flexibili pot depăși cu ușurință diverse obstacole, permițând transmiterea pe distanțe lungi între puterea principală și mașina de lucru.
Acești arbori facilitează transferul de mișcare între două axe care au mișcare relativă fără a fi nevoie de dispozitive de transmisie intermediare suplimentare, ceea ce îi face ideali pentru aplicații pe distanțe lungi. Designul lor simplu și costul redus contribuie la popularitatea lor în diverse sisteme mecanice. În plus, arborii flexibili ajută la absorbția șocurilor și vibrațiilor, îmbunătățind performanța generală.
Aplicațiile comune includ scule electrice portabile, anumite sisteme de transmisie din mașini-unelte, odometre și dispozitive de control de la distanță.
1. Arbore flexibil de tip motor
Arborii flexibili de tip motor au o conexiune fixă la capătul îmbinării arborelui moale, echipată cu un manșon glisant în interiorul îmbinării furtunului. Acești arbori sunt proiectați în principal pentru transmiterea cuplului. O cerință fundamentală pentru arborii flexibili de tip motor este o rigiditate torsională suficientă. De obicei, acești arbori includ mecanisme anti-inversare pentru a asigura o transmisie unidirecțională. Stratul exterior este construit dintr-o sârmă de oțel cu diametru mai mare, iar unele modele nu includ o tijă centrală, sporind atât rezistența la uzură, cât și flexibilitatea.
2. Arbore flexibil de tip control
Arborii flexibili de tip control sunt concepuți în principal pentru transmiterea mișcării. Cuplul pe care îl transmit este utilizat în principal pentru a depăși cuplul de frecare generat între arborele flexibil din sârmă și furtun. Pe lângă faptul că au o rigiditate redusă la încovoiere, acești arbori trebuie să posede și o rigiditate torsională suficientă. Comparativ cu arborii flexibili de tip power, arborii flexibili de tip control se caracterizează prin caracteristicile lor structurale, care includ prezența unei tije centrale, un număr mai mare de straturi de înfășurare și diametre mai mici ale sârmei.
Structura arborelui flexibil
Arborii flexibili sunt de obicei alcătuiți din mai multe componente: arbore flexibil din sârmă, îmbinare flexibilă a arborelui, furtun și îmbinare a furtunului.
1. Arbore flexibil din sârmă
Un arbore flexibil din sârmă, cunoscut și sub numele de arbore flexibil, este construit din mai multe straturi de sârmă de oțel înfășurate împreună, formând o secțiune transversală circulară. Fiecare strat este alcătuit din mai multe fire de sârmă înfășurate simultan, conferindu-i o structură similară cu un arc cu mai multe fire. Stratul interior de sârmă este înfășurat în jurul unei tije centrale, cu straturi adiacente înfășurate în direcții opuse. Acest design este utilizat în mod obișnuit în utilajele agricole.
2. Îmbinare flexibilă a arborelui
Îmbinarea flexibilă a arborelui este concepută pentru a conecta arborele de ieșire la componentele de lucru. Există două tipuri de conexiuni: fixe și glisante. Tipul fix este de obicei utilizat pentru arbori flexibili mai scurți sau în aplicații în care raza de îndoire rămâne relativ constantă. În schimb, tipul glisant este utilizat atunci când raza de îndoire variază semnificativ în timpul funcționării, permițând o mișcare mai mare în interiorul furtunului pentru a se adapta modificărilor de lungime pe măsură ce furtunul se îndoaie.
3. Furtun și îmbinare furtun
Furtunul, denumit și teacă de protecție, servește la protejarea axului flexibil de contactul cu componentele externe, asigurând siguranța operatorului. În plus, poate stoca lubrifianți și poate preveni pătrunderea murdăriei. În timpul funcționării, furtunul oferă suport, facilitând manevrarea axului flexibil. În special, furtunul nu se rotește odată cu axul flexibil în timpul transmisiei, permițând o funcționare lină și eficientă.
Înțelegerea diferitelor tipuri și funcții ale arborilor este crucială pentru ingineri și proiectanți pentru a asigura performanțe și fiabilitate optime în sistemele mecanice. Prin selectarea tipului de arbore adecvat pentru aplicații specifice, se poate spori eficiența și longevitatea utilajelor. Pentru mai multe informații despre componentele mecanice și aplicațiile acestora, rămâneți pe fază pentru cele mai recente actualizări ale noastre!
Data publicării: 15 oct. 2024
