Osovinesu ključne komponente u mehaničkim sustavima, služeći kao okosnica koja podupire sve elemente prijenosa dok prenosi okretni moment i momente savijanja ležaja. Dizajn osovine ne smije se usredotočiti samo na njezine pojedinačne karakteristike, već i uzeti u obzir njezinu integraciju s ukupnom strukturom sustava osovine. Ovisno o vrsti opterećenja tijekom kretanja i prijenosa snage, osovine se mogu kategorizirati u vretena, pogonska vratila i rotirajuće osovine. Također se mogu klasificirati na temelju oblika osi u ravna vratila, ekscentrična vratila, radilice i fleksibilna vratila.
Vretena
1. Fiksno vreteno
Ova vrsta vretena podnosi samo momente savijanja dok ostaje nepomična. Njegova jednostavna struktura i dobra krutost čine ga idealnim za primjene poput osovina bicikala.
2. Rotirajuće vreteno
Za razliku od fiksnih vretena, rotirajuća vretena također podnose momente savijanja tijekom kretanja. Uobičajeno se nalaze u osovinama kotača vlakova.
Pogonska osovina
Kardanska vratila su dizajnirana za prijenos okretnog momenta i obično su duža zbog visokih brzina vrtnje. Kako bi se spriječile jake vibracije uzrokovane centrifugalnim silama, masa kardanskog vratila je ravnomjerno raspoređena po njegovom opsegu. Moderna kardanska vratila često koriste šuplje dizajne, koji pružaju veće kritične brzine u usporedbi s punim vratilima, što ih čini sigurnijima i učinkovitijima u potrošnji materijala. Na primjer, automobilska kardanska vratila obično su izrađena od jednoliko debelih čeličnih ploča, dok teška vozila često koriste bešavne čelične cijevi.
Rotirajuća osovina
Rotirajuća vratila su jedinstvena po tome što podnose i momente savijanja i torzijske momente, što ih čini jednom od najčešćih komponenti u mehaničkoj opremi.
Ravna osovina
Ravne osovine imaju linearnu os i mogu se podijeliti na optičke i stepenaste osovine. Ravne osovine su obično čvrste, ali mogu biti dizajnirane da budu šuplje kako bi se smanjila težina uz održavanje krutosti i torzijske stabilnosti.
1. Optička osovina
Jednostavnog oblika i lakih za proizvodnju, ova vratila se prvenstveno koriste za prijenos.
2. Stepenasta osovina
Osovina sa stepenastim uzdužnim presjekom naziva se stepenasta osovina. Ovaj dizajn olakšava ugradnju i pozicioniranje komponenti, što dovodi do učinkovitije raspodjele opterećenja. Iako svojim oblikom podsjeća na gredu s ujednačenom čvrstoćom, ima više točaka koncentracije naprezanja. Zbog tih karakteristika, stepenaste osovine se široko koriste u raznim primjenama prijenosa.
3. Bregasta osovina
Bregasta osovina je ključna komponenta u klipnim motorima. U četverotaktnim motorima, bregasta osovina obično radi na polovici brzine radilice, ali i dalje održava visoku brzinu vrtnje i mora podnijeti značajan okretni moment. Kao rezultat toga, dizajn bregaste osovine postavlja stroge zahtjeve na njezinu čvrstoću i nosivost.
Bregaste osovine obično su izrađene od specijaliziranog lijevanog željeza, iako su neke izrađene od kovanih materijala za povećanu trajnost. Dizajn bregaste osovine igra vitalnu ulogu u ukupnoj arhitekturi motora.
4. Klinasta osovina
Klinaste osovine dobile su ime po svom prepoznatljivom izgledu, s uzdužnim utorom za klin na svojoj površini. Ovi utori omogućuju rotirajućim komponentama postavljenim na osovinu održavanje sinkronizirane rotacije. Osim ove rotacijske sposobnosti, klinaste osovine također omogućuju aksijalno kretanje, pri čemu neki dizajni uključuju pouzdane mehanizme zaključavanja za primjenu u kočionim i upravljačkim sustavima.
Druga varijanta je teleskopska osovina koja se sastoji od unutarnje i vanjske cijevi. Vanjska cijev ima unutarnje zube, dok unutarnja cijev ima vanjske zube, što im omogućuje besprijekorno spajanje. Ovaj dizajn ne samo da prenosi rotacijski moment, već i pruža mogućnost produljenja i skupljanja, što ga čini idealnim za upotrebu u mehanizmima mjenjača brzina.
5. Osovina zupčanika
Kada je udaljenost od kružnice zupčanika do dna utora za klin minimalna, zupčanik i osovina integrirani su u jednu jedinicu, poznatu kao osovina zupčanika. Ova mehanička komponenta podupire rotirajuće dijelove i radi zajedno s njima kako bi prenosila kretanje, okretni moment ili momente savijanja.
6. Pužno vratilo
Pužno vratilo je obično konstruirano kao jedna jedinica koja integrira i puž i vratilo.
7. Šuplja osovina
Osovina konstruirana sa šupljim središtem poznata je kao šuplja osovina. Prilikom prijenosa okretnog momenta, vanjski sloj šuplje osovine doživljava najveće naprezanje smicanja, što omogućuje učinkovitije korištenje materijala. U uvjetima gdje je moment savijanja šupljih i punih osovina jednak, šuplje osovine značajno smanjuju težinu bez ugrožavanja performansi.
Radilica
Radilica je ključna komponenta u motoru, obično izrađena od ugljičnog konstrukcijskog čelika ili nodularnog lijeva. Sastoji se od dva ključna dijela: glavnog rukavca i rukavca klipnjače. Glavni rukavac je montiran na blok motora, dok je rukavac klipnjače spojen s većim krajem klipnjače. Manji kraj klipnjače spojen je s klipom u cilindru, tvoreći klasični mehanizam klizača radilice.
Ekscentrična osovina
Ekscentrična osovina definirana je kao osovina s osi koja nije poravnata sa svojim središtem. Za razliku od običnih osovina, koje prvenstveno olakšavaju rotaciju komponenti, ekscentrične osovine mogu prenositi i rotaciju i revoluciju. Za podešavanje središnjeg razmaka između osovina, ekscentrične osovine se obično koriste u mehanizmima s ravnim zglobovima, kao što su sustavi s remenskim pogonom.
Fleksibilna osovina
Fleksibilna vratila prvenstveno su dizajnirana za prijenos okretnog momenta i gibanja. Zbog znatno niže krutosti savijanja u usporedbi s torzijskom krutošću, fleksibilna vratila mogu lako zaobilaziti razne prepreke, omogućujući prijenos na velike udaljenosti između primarne snage i radnog stroja.
Ove osovine olakšavaju prijenos gibanja između dvije osi koje se relativno kreću bez potrebe za dodatnim međuprijenosnim uređajima, što ih čini idealnim za primjene na velike udaljenosti. Njihov jednostavan dizajn i niska cijena doprinose njihovoj popularnosti u raznim mehaničkim sustavima. Osim toga, fleksibilne osovine pomažu u apsorpciji udara i vibracija, poboljšavajući ukupne performanse.
Uobičajene primjene uključuju ručne električne alate, određene prijenosne sustave u alatnim strojevima, brojače kilometara i uređaje za daljinsko upravljanje.
1. Fleksibilno vratilo s pogonom
Fleksibilne osovine energetskog tipa imaju fiksni spoj na kraju mekog spoja osovine, opremljen kliznom čahuricom unutar spoja crijeva. Ove osovine su prvenstveno dizajnirane za prijenos momenta. Temeljni zahtjev za fleksibilne osovine energetskog tipa je dovoljna torzijska krutost. Obično ove osovine uključuju mehanizme protiv povratnog hoda kako bi se osigurao jednosmjerni prijenos. Vanjski sloj je izrađen od čelične žice većeg promjera, a neke izvedbe ne uključuju jezgru, što povećava otpornost na habanje i fleksibilnost.
2. Fleksibilno vratilo upravljačkog tipa
Fleksibilne osovine kontrolnog tipa prvenstveno su dizajnirane za prijenos gibanja. Okretni moment koji prenose uglavnom se koristi za prevladavanje momenta trenja koji se stvara između žičane fleksibilne osovine i crijeva. Osim niske krutosti na savijanje, ove osovine moraju imati i dovoljnu torzijsku krutost. U usporedbi s fleksibilnim osovinama pogonskog tipa, fleksibilne osovine kontrolnog tipa karakteriziraju se svojim strukturnim značajkama, koje uključuju prisutnost jezgrene šipke, veći broj slojeva namotaja i manji promjer žice.
Struktura fleksibilnog vratila
Fleksibilna vratila se obično sastoje od nekoliko komponenti: žičanog fleksibilnog vratila, spoja fleksibilnog vratila, crijeva i spoja crijeva.
1. Žičana fleksibilna osovina
Fleksibilna žičana osovina, poznata i kao fleksibilna osovina, izrađena je od više slojeva čelične žice namotanih zajedno, tvoreći kružni presjek. Svaki sloj sastoji se od nekoliko niti žice namotanih istovremeno, dajući mu strukturu sličnu višestrukoj opruzi. Unutarnji sloj žice namotan je oko jezgrene šipke, a susjedni slojevi namotani su u suprotnim smjerovima. Ovaj dizajn se često koristi u poljoprivrednim strojevima.
2. Fleksibilni zglob osovine
Spoj fleksibilnog vratila dizajniran je za spajanje izlaznog vratila s radnim komponentama. Postoje dvije vrste spoja: fiksni i klizni. Fiksni tip se obično koristi za kraća fleksibilna vratila ili u primjenama gdje radijus savijanja ostaje relativno konstantan. Nasuprot tome, klizni tip se koristi kada se radijus savijanja značajno mijenja tijekom rada, što omogućuje veće kretanje unutar crijeva kako bi se prilagodilo promjenama duljine dok se crijevo savija.
3. Crijevo i spoj crijeva
Crijevo, koje se naziva i zaštitni omotač, služi za zaštitu fleksibilne osovine žice od kontakta s vanjskim komponentama, osiguravajući sigurnost operatera. Osim toga, može pohraniti maziva i spriječiti ulazak prljavštine. Tijekom rada, crijevo pruža potporu, što olakšava rukovanje fleksibilnom osovinom. Važno je napomenuti da se crijevo ne okreće s fleksibilnom osovinom tijekom prijenosa, što omogućuje nesmetan i učinkovit rad.
Razumijevanje različitih vrsta i funkcija osovina ključno je za inženjere i dizajnere kako bi se osigurale optimalne performanse i pouzdanost mehaničkih sustava. Odabirom odgovarajuće vrste osovine za određene primjene može se poboljšati učinkovitost i dugovječnost strojeva. Za više uvida u mehaničke komponente i njihovu primjenu, pratite naša najnovija ažuriranja!
Vrijeme objave: 15. listopada 2024.
