Akselitovat mekaanisten järjestelmien kriittisiä komponentteja, jotka toimivat selkärankana, joka tukee kaikkia voimansiirtoelementtejä samalla kun ne välittävät vääntömomenttia ja laakerin taivutusmomentteja. Akselin suunnittelussa ei pidä keskittyä ainoastaan sen yksittäisiin ominaisuuksiin, vaan myös ottaa huomioon sen integrointi akselijärjestelmän kokonaisrakenteeseen. Liikkeen ja voimansiirron aikana koettavan kuormituksen tyypistä riippuen akselit voidaan luokitella karoiksi, vetoakseleiksi ja pyöriviksi akseleiksi. Ne voidaan luokitella myös akselin muodon perusteella suoriksi akseleiksi, epäkeskoakseleiksi, kampiakseleiksi ja taipuisiksi akseleiksi.
Karat
1. Kiinteä kara
Tämän tyyppinen kara kantaa vain taivutusmomentteja pysyessään paikallaan. Sen yksinkertainen rakenne ja hyvä jäykkyys tekevät siitä ihanteellisen sovelluksiin, kuten polkupyörän akseleihin.
2. Pyörivä kara
Toisin kuin kiinteät karat, pyörivät karat kantavat myös taivutusmomentteja liikkeessä. Niitä löytyy yleisesti junien pyörän akseleista.
Vetoakseli
Vetoakselit on suunniteltu siirtämään vääntömomenttia, ja ne ovat tyypillisesti pidempiä suurten pyörimisnopeuksien vuoksi. Keskipakovoimien aiheuttamien voimakkaiden värähtelyjen estämiseksi vetoakselin massa jakautuu tasaisesti sen kehälle. Nykyaikaisissa vetoakseleissa käytetään usein onttoja rakenteita, jotka tarjoavat suurempia kriittisiä nopeuksia verrattuna kiinteisiin akseleihin, mikä tekee niistä turvallisempia ja materiaalitehokkaampia. Esimerkiksi autojen vetoakselit valmistetaan yleensä tasaisen paksuista teräslevyistä, kun taas raskaissa ajoneuvoissa käytetään usein saumattomia teräsputkia.
Pyörivä akseli
Pyörivät akselit ovat ainutlaatuisia siinä mielessä, että ne kestävät sekä taivutus- että vääntömomentteja, mikä tekee niistä yhden yleisimmistä mekaanisten laitteiden osista.
Suora akseli
Suorilla akseleilla on lineaarinen akseli, ja ne voidaan luokitella optisiin ja porrastettuihin akseleihin. Suorat akselit ovat tyypillisesti tasapintaisia, mutta ne voidaan suunnitella ontoksi painon vähentämiseksi säilyttäen samalla jäykkyyden ja vääntövakauden.
1. Optinen akseli
Yksinkertaisen muotoisia ja helposti valmistettavia akseleita käytetään pääasiassa voimansiirtoon.
2. Porrastettu akseli
Porrastettua pitkittäispoikkileikkausta omaavaa akselia kutsutaan porrastetuksi akseliksi. Tämä rakenne helpottaa komponenttien asennusta ja sijoittelua, mikä johtaa tehokkaampaan kuorman jakautumiseen. Vaikka sen muoto muistuttaa tasaisen lujuuden omaavaa palkkia, siinä on useita jännityksen keskittymispisteitä. Näiden ominaisuuksien ansiosta porrastettuja akseleita käytetään laajalti erilaisissa vaihteistosovelluksissa.
3. Nokka-akseli
Nokka-akseli on mäntämoottoreiden kriittinen osa. Nelitahtimoottoreissa nokka-akseli toimii tyypillisesti puolella kampiakselin nopeudesta, mutta se ylläpitää silti korkeaa pyörimisnopeutta ja sen on kestettävä merkittävää vääntömomenttia. Tämän seurauksena nokka-akselin suunnittelu asettaa tiukat vaatimukset sen lujuudelle ja tukikyvylle.
Nokka-akselit valmistetaan yleensä erikoisvaluraudasta, vaikka jotkut on valmistettu taotuista materiaaleista kestävyyden parantamiseksi. Nokka-akselin suunnittelulla on tärkeä rooli moottorin koko arkkitehtuurissa.
4. Ura-akseli
Ura-akselit on nimetty niiden erottuvan ulkonäön mukaan, jossa on niiden pinnalla oleva pitkittäinen kiilaura. Näiden kiilaurien avulla akselille asennetut pyörivät komponentit voivat ylläpitää synkronoitua pyörimistä. Tämän pyörimiskyvyn lisäksi ura-akselit mahdollistavat myös aksiaalisen liikkeen, ja joissakin malleissa on luotettavat lukitusmekanismit jarru- ja ohjausjärjestelmien sovelluksiin.
Toinen vaihtoehto on teleskooppiakseli, joka koostuu sisä- ja ulkoputkesta. Ulkoputkessa on sisäpuoliset hampaat, kun taas sisäputkessa on ulkopuoliset hampaat, mikä mahdollistaa niiden saumattoman yhteensopivuuden. Tämä rakenne ei ainoastaan siirrä pyörivää vääntömomenttia, vaan myös mahdollistaa akselin pidentämisen ja supistumisen pituudeltaan, mikä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi vaihteiston vaihdemekanismeissa.
5. Vaihdeakseli
Kun etäisyys hammaspyörän dedendum-ympyrästä kiilauran pohjaan on minimaalinen, hammaspyörä ja akseli integroidaan yhdeksi yksiköksi, jota kutsutaan hammaspyörän akseliksi. Tämä mekaaninen komponentti tukee pyöriviä osia ja toimii yhdessä niiden kanssa liikkeen, vääntömomentin tai taivutusmomenttien välittämiseksi.
6. Madon akseli
Madon akseli on tyypillisesti rakennettu yhdeksi yksiköksi, joka yhdistää sekä maton että akselin.
7. Ontto akseli
Onttokeskiöllä varustettua akselia kutsutaan ontoksi akseliksi. Vääntömomenttia siirrettäessä onton akselin ulkokerros kokee suurimman leikkausjännityksen, mikä mahdollistaa materiaalien tehokkaamman käytön. Olosuhteissa, joissa onton ja kiinteän akselin taivutusmomentti on sama, ontto akseli vähentää merkittävästi painoa tinkimättä suorituskyvystä.
Kampiakseli
Kampiakseli on moottorin kriittinen osa, joka on tyypillisesti valmistettu hiiliteräksestä tai pallografiittivaluraudasta. Siinä on kaksi keskeistä osaa: päälaakeritappi ja kiertokangen laakeritappi. Päälaakeritappi on asennettu moottorilohkoon, kun taas kiertokangen laakeritappi on yhdistetty kiertokangen suureen päähän. Kiertokangen pienempi pää on yhdistetty sylinterin mäntään muodostaen klassisen kampiakseli-liukumekanismin.
Epäkeskinen akseli
Epäkeskoakseli määritellään akseliksi, jonka akseli ei ole linjassa sen keskipisteen kanssa. Toisin kuin tavalliset akselit, jotka ensisijaisesti helpottavat komponenttien pyörimistä, epäkeskoakselit pystyvät välittämään sekä pyörimis- että pyörimisliikettä. Akselien välisen keskietäisyyden säätämiseen epäkeskoakseleita käytetään yleisesti tasomaisissa nivelmekanismeissa, kuten kiilahihnakäyttöjärjestelmissä.
Joustava akseli
Taipuisat akselit on ensisijaisesti suunniteltu vääntömomentin ja liikkeen siirtämiseen. Niiden huomattavasti pienemmän taivutusjäykkyyden kuin vääntöjäykkyyden ansiosta taipuisat akselit voivat liikkua helposti erilaisten esteiden ympärillä, mikä mahdollistaa pitkien matkojen siirron päävoiman ja työkoneen välillä.
Nämä akselit helpottavat liikkeensiirtoa kahden toisiinsa nähden suhteellisen liikkeen omaavan akselin välillä ilman lisävälivaihteistoja, mikä tekee niistä ihanteellisia pitkän matkan sovelluksiin. Niiden yksinkertainen rakenne ja edullinen hinta edistävät niiden suosiota erilaisissa mekaanisissa järjestelmissä. Lisäksi joustavat akselit auttavat vaimentamaan iskuja ja tärinää, mikä parantaa kokonaissuorituskykyä.
Yleisiä sovelluksia ovat kädessä pidettävät sähkötyökalut, tietyt työstökoneiden voimansiirtojärjestelmät, matkamittarit ja kaukosäätimet.
1.Power-tyyppinen joustava akseli
Voima-akselityyppisissä taipuisissa akseleissa on kiinteä liitos pehmeän akselin liitospäässä, jossa on liukuva holkki letkuliitoksen sisällä. Nämä akselit on ensisijaisesti suunniteltu vääntömomentin siirtoon. Voima-akselityyppisten taipuisien akseleiden perusvaatimus on riittävä vääntöjäykkyys. Tyypillisesti näissä akseleissa on peruutuksenestomekanismit yksisuuntaisen siirron varmistamiseksi. Ulkokerros on valmistettu suuremman halkaisijan omaavasta teräslangasta, ja joissakin malleissa ei ole ydintankoa, mikä parantaa sekä kulutuskestävyyttä että joustavuutta.
2. Ohjaustyyppinen joustava akseli
Ohjaustyyppiset taipuisat akselit on ensisijaisesti suunniteltu liikkeen siirtoon. Niiden välittämää vääntömomenttia käytetään pääasiassa langan taipuisan akselin ja letkun välille syntyvän kitkavääntömomentin voittamiseen. Alhaisen taivutusjäykkyyden lisäksi näillä akseleilla on oltava myös riittävä vääntöjäykkyys. Tehotyyppisiin taipuisiin akseleihin verrattuna ohjaustyyppisille taipuisille akseleille on ominaista niiden rakenteelliset ominaisuudet, joihin kuuluvat ydintangon läsnäolo, suurempi määrä käämikerroksia ja pienemmät langan halkaisijat.
Joustavan akselin rakenne
Taipuisat akselit koostuvat tyypillisesti useista osista: taipuisasta akselista, taipuisan akselin liitoksesta, letkusta ja letkuliitoksesta.
1. Joustava akseli
Taipuisa lanka-akseli, joka tunnetaan myös nimellä taipuisa akseli, on valmistettu useista teräslankakerroksista, jotka on kierretty yhteen muodostaen pyöreän poikkileikkauksen. Jokainen kerros koostuu useista samanaikaisesti kierretyistä lankasäikeistä, mikä antaa sille rakenteen, joka muistuttaa monisäikeistä jousta. Sisimmän langan kerros on kierretty ydintangon ympärille, ja vierekkäiset kerrokset on kierretty vastakkaisiin suuntiin. Tätä rakennetta käytetään yleisesti maatalouskoneissa.
2. Joustava akseliliitos
Joustava akseliliitos on suunniteltu yhdistämään voiman ulostuloakseli työkomponentteihin. Liitostyyppejä on kaksi: kiinteä ja liukuva. Kiinteää tyyppiä käytetään tyypillisesti lyhyemmissä taipuisissa akseleissa tai sovelluksissa, joissa taivutussäde pysyy suhteellisen vakiona. Liukuvaa tyyppiä käytetään puolestaan silloin, kun taivutussäde vaihtelee merkittävästi käytön aikana, jolloin letkussa on enemmän liikettä letkun taipuessa tapahtuvien pituusmuutosten mukauttamiseksi.
3. Letku ja letkuliitos
Letku, jota kutsutaan myös suojavaipaksi, suojaa taipuisaa akselia kosketukselta ulkoisten osien kanssa ja varmistaa käyttäjän turvallisuuden. Lisäksi se voi varastoida voiteluaineita ja estää lian pääsyn sisään. Käytön aikana letku tarjoaa tukea, mikä helpottaa taipuisaa akselia käsittelyä. Huomionarvoista on, että letku ei pyöri taipuisana akselina voimansiirron aikana, mikä mahdollistaa sujuvan ja tehokkaan toiminnan.
Erilaisten akselityyppien ja toimintojen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää insinööreille ja suunnittelijoille, jotta he voivat varmistaa mekaanisten järjestelmien optimaalisen suorituskyvyn ja luotettavuuden. Valitsemalla sopivan akselityypin tiettyihin sovelluksiin voidaan parantaa koneiden tehokkuutta ja pitkäikäisyyttä. Saat lisätietoja mekaanisista komponenteista ja niiden sovelluksista pysymällä kuulolla uusimmista päivityksistämme!
Julkaisuaika: 15.10.2024
