Scopo e classificazione degli alberi
La funzione principale degli alberi: sostenere le parti rotanti, trasmettere il movimento e la potenza.
Classificazione in base al carico:
- Albero rotante: sopporta sia il momento flettente che la coppia durante il funzionamento.
- Mandrino: momento flettente del solo cuscinetto
- Albero di trasmissione: solo coppia portante, non momento flettente (o momento flettente molto piccolo)
Classificazione in base alla forma dell'asse:
- Albero a gomiti: la biella dell'albero a gomiti può realizzare la conversione reciproca tra moto rotatorio e moto alternativo.
- Albero dritto
- Albero ottico: forma semplice, facile lavorazione, poche fonti di concentrazione delle sollecitazioni; comunemente utilizzato per mandrini e alberi di trasmissione.
- Albero a gradini: facile da assemblare e posizionare sull'albero; comunemente utilizzato per gli alberi rotanti.
Classificazione in base al fatto che sia solido:
- Albero pieno: generale
- Albero cavo: ridurre la massa dell'albero; installare altre parti nell'albero per esigenze speciali; occasioni con funzioni particolarmente importanti; il rapporto tra diametro interno ed esterno è generalmente di 0,5 ~ 0,6
- Albero flessibile a filo (albero flessibile a filo): ha una buona flessibilità e può trasmettere in modo flessibile il movimento rotatorio in uno spazio chiuso
Contenuti principali della progettazione dell'albero
Progettazione strutturale
Forma strutturale
Dimensioni
Calcolo della capacità lavorativa
Resistenza: Nella maggior parte dei casi, è richiesto solo il calcolo della resistenza dell'albero.
Rigidità: Per gli alberi con elevati requisiti di rigidità e per gli alberi sottili con grandi forze, è necessario eseguire il calcolo della rigidità.
Stabilità alle vibrazioni: Per gli alberi che funzionano a velocità elevate, è necessario eseguire il calcolo della stabilità alle vibrazioni.
Materiali dell'albero
Acciaio al carbonio, acciaio legato
Acciaio 45 più comunemente utilizzato
Scenari di utilizzo dell'acciaio legato: trasmissione di grandi potenze, richiesta di dimensioni e massa ridotte, miglioramento della resistenza all'usura del perno e alberi che lavorano in condizioni di alta o bassa temperatura.
A temperature di esercizio normali (inferiori a 200 °C), il modulo elastico dei vari acciai al carbonio e legati è simile, quindi nella scelta del tipo di acciaio e nella determinazione del metodo di trattamento termico dell'acciaio, la base è la forza e la resistenza all'usura, non la rigidità flessionale o torsionale dell'albero.
Vari trattamenti termici (come tempra ad alta frequenza, carburazione, nitrurazione, cianurazione, ecc.) e trattamenti di rinforzo superficiale (come pallinatura, laminazione, ecc.) hanno un effetto significativo sul miglioramento della resistenza a fatica dell'albero.
Progettazione della struttura dell'albero
Progettazione della struttura dell'albero: forma ragionevole dell'albero + tutte le dimensioni strutturali
Fattori di influenza della struttura dell'albero:
1. Posizione e forma di installazione dell'albero nella macchina
2. Il tipo, le dimensioni, la quantità e il metodo di collegamento delle parti installate sull'albero.
3. La natura, le dimensioni, la direzione e la distribuzione del carico.
4. Tecnologia di lavorazione degli alberi
Requisiti di progettazione della struttura dell'albero:
- L'albero e le parti installate sull'albero devono avere una posizione di lavoro precisa.
- Le parti dell'albero devono essere facili da installare, smontare e regolare.
- L'albero deve avere una buona lavorabilità
Domande a cui prestare attenzione nell'ordinare gli alberi
L'albero di trasmissione è un componente fondamentale del sistema di trasmissione meccanica. In effetti, prima dell'acquisto è necessario chiarire alcuni aspetti. Il primo è costituito dalle specifiche, come i requisiti per il diametro, la lunghezza, il materiale, il trattamento superficiale, ecc. dell'albero. Il secondo è il materiale. I materiali comunemente utilizzati sono acciaio, lega di alluminio, lega di titanio, ecc. Scegliere il materiale appropriato in base alle esigenze e alle specifiche. Il secondo è il momento d'inerzia, una grandezza fisica che misura la capacità di un oggetto di mantenere il suo stato di rotazione originale. Quando si acquista un albero di trasmissione, è necessario considerare se il suo momento d'inerzia soddisfa le proprie esigenze. Se il momento d'inerzia è troppo grande, può causare instabilità durante l'avviamento o il cambio, nonché vibrazioni e rumori. A ciò si aggiungono la precisione e la tolleranza. Se la precisione e la tolleranza sono troppo elevate, possono verificarsi problemi quali vibrazioni, rumore e usura. Pertanto, al momento dell'acquisto di un albero di trasmissione, è necessario prestare attenzione al fatto che la precisione e la tolleranza soddisfino le proprie esigenze. Infine, c'è la questione del prezzo.
1. Gli acciai strutturali al carbonio di alta qualità, come gli acciai al carbonio 35, 45 e 50, sono ampiamente utilizzati grazie alle loro elevate proprietà meccaniche complete, tra cui l'acciaio 45 è il più diffuso. Per migliorarne le proprietà meccaniche, è necessario effettuare un trattamento di normalizzazione o di tempra e rinvenimento. Per gli alberi non importanti o meno sollecitati, si possono utilizzare acciai strutturali al carbonio come il Q235 e il Q275.
2. L'acciaio legato ha elevate proprietà meccaniche, ma è più costoso e viene spesso utilizzato per alberi con requisiti speciali. Ad esempio, per gli alberi ad alta velocità che utilizzano cuscinetti a strisciamento, vengono comunemente utilizzati acciai strutturali legati a basso tenore di carbonio, come 20Cr e 20CrMnTi. Dopo la carburazione e la tempra, la resistenza all'usura del collo dell'albero può essere migliorata; l'albero del rotore della macchina deve avere buone proprietà meccaniche ad alta temperatura quando lavora in condizioni di alta temperatura, alta velocità e carico pesante. Spesso vengono utilizzati acciai strutturali legati come 40CrNi e 38CrMoAlA. Per dimensioni maggiori o strutture più complesse, si possono prendere in considerazione l'acciaio fuso o la ghisa duttile. Ad esempio, l'utilizzo della ghisa duttile per la produzione di alberi a gomito e a camme presenta i vantaggi del basso costo, del buon assorbimento delle vibrazioni, della bassa sensibilità alla concentrazione delle sollecitazioni e della buona resistenza. Il modello meccanico di un asse è una trave e la maggior parte di esso deve ruotare, quindi le sue sollecitazioni sono solitamente simmetriche e cicliche. Le possibili forme di guasto includono la rottura per fatica, la rottura per sovraccarico e l'eccessiva deformazione elastica. Di solito, sull'albero devono essere installate alcune parti con ruote, quindi la maggior parte degli alberi dovrebbe essere realizzata in alberi a gradini con una grande quantità di taglio.
