شناخت شفت ها: اجزای اساسی در ماشین آلات

شفت هااجزای حیاتی در سیستم‌های مکانیکی هستند که به عنوان ستون فقرات عمل می‌کنند که در حین انتقال گشتاور و تحمل گشتاورهای خمشی، از تمام عناصر انتقال پشتیبانی می‌کنند. طراحی یک شفت نه تنها باید بر ویژگی های فردی آن تمرکز کند، بلکه باید ادغام آن با ساختار کلی سیستم شفت را نیز در نظر بگیرد. بسته به نوع بار تجربه شده در طول حرکت و انتقال نیرو، شفت ها را می توان به دوک ها، محورهای محرک و شفت های دوار طبقه بندی کرد. همچنین می‌توان آن‌ها را بر اساس شکل محورشان به شفت‌های مستقیم، شفت‌های خارج از مرکز، میل لنگ و شفت‌های انعطاف‌پذیر طبقه‌بندی کرد.

دوک ها
1.اسپیندل ثابت
این نوع دوک فقط در حالی که ثابت می ماند، لنگرهای خمشی را تحمل می کند. ساختار ساده و سفتی خوب آن را برای کاربردهایی مانند محور دوچرخه ایده آل می کند.
2. دوک چرخشی
بر خلاف دوک‌های ثابت، دوک‌های دوار در حین حرکت، ممان‌های خمشی را نیز تحمل می‌کنند. آنها معمولاً در محورهای چرخ قطار یافت می شوند.

محور محرک
محورهای محرک برای انتقال گشتاور طراحی شده اند و معمولاً به دلیل سرعت چرخش بالا طولانی تر هستند. برای جلوگیری از ارتعاشات شدید ناشی از نیروهای گریز از مرکز، جرم محور محرک به طور مساوی در امتداد محیط آن توزیع می شود. شفت‌های محرک مدرن اغلب از طرح‌های توخالی استفاده می‌کنند که سرعت‌های بحرانی بالاتری را در مقایسه با شفت‌های جامد ارائه می‌دهند و آنها را ایمن‌تر و کارآمدتر می‌کنند. به عنوان مثال، محورهای محرک خودرو معمولاً از صفحات فولادی ضخیم یکنواخت ساخته می شوند، در حالی که وسایل نقلیه سنگین اغلب از لوله های فولادی بدون درز استفاده می کنند.

شفت دوار
شفت‌های دوار از این نظر منحصر به فرد هستند که هم ممان خمشی و هم پیچشی را تحمل می‌کنند و به یکی از رایج‌ترین اجزای تجهیزات مکانیکی تبدیل می‌شوند.

شفت مستقیم
شفت های مستقیم دارای محور خطی هستند و می توانند به شفت های نوری و پلکانی تقسیم شوند. شات های ثابت معمولاً کثیف هستند، اما می توانند به گونه ای طراحی شوند که وزن را کاهش دهند و در عین حال سفتی و ثبات پیچشی را حفظ کنند.

1. شفت نوری
شکل ساده و ساخت آسان، این شفت ها در درجه اول برای انتقال استفاده می شوند.

2. شفت پلکانی
شفت با سطح مقطع طولی پلکانی را شفت پلکانی می گویند. این طراحی نصب و موقعیت یابی آسان تر قطعات را تسهیل می کند و منجر به توزیع کارآمد بار می شود. در حالی که شکل آن شبیه یک تیر با استحکام یکنواخت است، اما دارای چندین نقطه تمرکز تنش است. با توجه به این ویژگی ها، شفت های پلکانی به طور گسترده ای در کاربردهای مختلف انتقال مورد استفاده قرار می گیرند.

3. میل بادامک
میل بادامک یک جزء حیاتی در موتورهای پیستونی است. در موتورهای چهار زمانه، میل بادامک معمولاً با نیمی از سرعت میل لنگ کار می کند، با این حال هنوز سرعت چرخش بالایی را حفظ می کند و باید گشتاور قابل توجهی را تحمل کند. در نتیجه، طراحی میل بادامک الزامات سخت گیرانه ای را برای استحکام و قابلیت های پشتیبانی آن تعیین می کند.
میل بادامک ها معمولاً از چدن تخصصی ساخته می شوند، اگرچه برخی از آنها از مواد آهنگری برای دوام بیشتر ساخته می شوند. طراحی میل بادامک نقشی حیاتی در معماری کلی موتور دارد.

4. شفت اسپلاین
شفت‌های اسپلاین به دلیل ظاهر متمایز خود نامگذاری شده‌اند که دارای کلیدهای طولی در سطح خود هستند. این کلیدها به اجزای چرخشی که روی شفت نصب شده اند اجازه می دهند تا چرخش هماهنگ را حفظ کنند. علاوه بر این قابلیت چرخشی، شفت‌های اسپلاین حرکت محوری را نیز ممکن می‌سازند، با برخی از طرح‌ها مکانیسم‌های قفل قابل اعتماد برای کاربرد در سیستم‌های ترمز و فرمان را در خود جای داده‌اند.

نوع دیگر شفت تلسکوپی است که از لوله های داخلی و خارجی تشکیل شده است. لوله بیرونی دارای دندانه های داخلی است، در حالی که لوله داخلی دارای دندانه های خارجی است که به آنها اجازه می دهد به طور یکپارچه در کنار هم قرار گیرند. این طراحی نه تنها گشتاور چرخشی را منتقل می کند، بلکه توانایی افزایش و انقباض طول را نیز فراهم می کند، و آن را برای استفاده در مکانیزم های تعویض دنده ایده آل می کند.

5. شفت دنده
هنگامی که فاصله از دایره دنده یک چرخ دنده تا پایین راه کلید حداقل باشد، چرخ دنده و شفت در یک واحد ادغام می شوند که به عنوان شفت چرخ دنده شناخته می شود. این جزء مکانیکی از قطعات دوار پشتیبانی می کند و در ارتباط با آنها برای انتقال حرکت، گشتاور یا گشتاورهای خمشی کار می کند.

6. شفت کرم
شفت کرم معمولاً به عنوان یک واحد واحد ساخته می شود که هم کرم و هم شفت را یکپارچه می کند.

7. شفت توخالی
شفت طراحی شده با مرکز توخالی به عنوان شفت توخالی شناخته می شود. هنگام انتقال گشتاور، لایه بیرونی یک شفت توخالی بیشترین تنش برشی را تجربه می‌کند که امکان استفاده کارآمدتر از مواد را فراهم می‌کند. در شرایطی که ممان خمشی شفت‌های توخالی و جامد برابر است، شفت‌های توخالی به طور قابل توجهی وزن را بدون کاهش عملکرد کاهش می‌دهند.

میل لنگ
میل لنگ یک جزء حیاتی در موتور است که معمولاً از فولاد ساختاری کربنی یا آهن شکل‌پذیر ساخته می‌شود. دارای دو بخش کلیدی است: ژورنال اصلی و ژورنال شاتون. ژورنال اصلی روی بلوک موتور نصب می شود، در حالی که ژورنال شاتون به انتهای بزرگ شاتون متصل می شود. انتهای کوچک شاتون به پیستون در سیلندر متصل می شود و مکانیزم کلاسیک لغزنده میل لنگ را تشکیل می دهد.

شفت غیر عادی
شفت خارج از مرکز به عنوان شفتی با محوری که با مرکز آن همسو نیست تعریف می شود. بر خلاف شفت های معمولی، که در درجه اول چرخش اجزا را تسهیل می کنند، شفت های خارج از مرکز قادر به انتقال سرعت و چرخش هستند. برای تنظیم فاصله مرکزی بین شفت‌ها، معمولاً از شفت‌های خارج از مرکز در مکانیسم‌های پیوند مسطح، مانند سیستم‌های محرک تسمه V استفاده می‌شود.

شفت انعطاف پذیر
محورهای انعطاف پذیر اساساً برای انتقال گشتاور و حرکت طراحی شده اند. شفت‌های انعطاف‌پذیر به دلیل سفتی خمشی بسیار پایین‌تر در مقایسه با سختی پیچشی، می‌توانند به راحتی در اطراف موانع مختلف حرکت کنند و امکان انتقال از راه دور بین قدرت اصلی و ماشین کار را فراهم کنند.

این شفت ها انتقال حرکت بین دو محور را که دارای حرکت نسبی بدون نیاز به وسایل انتقال میانی اضافی هستند، تسهیل می کند و آنها را برای کاربردهای مسافت طولانی ایده آل می کند. طراحی ساده و هزینه کم آنها به محبوبیت آنها در سیستم های مکانیکی مختلف کمک می کند. علاوه بر این، شفت های انعطاف پذیر به جذب ضربه ها و ارتعاشات کمک می کند و عملکرد کلی را افزایش می دهد.

کاربردهای رایج عبارتند از ابزارهای برقی دستی، سیستم های انتقال خاص در ماشین ابزار، کیلومتر شمار و دستگاه های کنترل از راه دور.

1. شفت انعطاف پذیر از نوع نیرو
شفت‌های انعطاف‌پذیر قدرتی دارای یک اتصال ثابت در انتهای اتصال شفت نرم هستند که مجهز به یک آستین کشویی در داخل مفصل شلنگ است. این شفت ها در درجه اول برای انتقال گشتاور طراحی شده اند. یک نیاز اساسی برای محورهای انعطاف پذیر قدرتی، سختی پیچشی کافی است. به طور معمول، این شفت ها دارای مکانیسم های ضد معکوس برای اطمینان از انتقال یک طرفه هستند. لایه بیرونی با سیم فولادی با قطر بزرگتر ساخته شده است، و برخی از طرح ها شامل میله هسته ای نیستند، که هم مقاومت در برابر سایش و هم انعطاف پذیری را افزایش می دهد.

2.Control-Type Flexible Shaft
شفت های انعطاف پذیر نوع کنترل در درجه اول برای انتقال حرکت طراحی شده اند. گشتاوری که آنها منتقل می کنند عمدتاً برای غلبه بر گشتاور اصطکاکی ایجاد شده بین شفت انعطاف پذیر سیم و شیلنگ استفاده می شود. این محورها علاوه بر داشتن سختی خمشی کم، باید دارای سختی پیچشی کافی نیز باشند. در مقایسه با شفت‌های انعطاف‌پذیر نوع قدرت، شفت‌های انعطاف‌پذیر کنترلی با ویژگی‌های ساختاری خود مشخص می‌شوند که شامل وجود میله هسته، تعداد لایه‌های سیم پیچ بیشتر و قطر سیم‌های کوچک‌تر است.

ساختار شفت انعطاف پذیر

شفت‌های انعطاف‌پذیر معمولاً از چندین جزء تشکیل شده‌اند: شفت انعطاف‌پذیر سیمی، اتصال شفت انعطاف‌پذیر، شلنگ و مفصل شلنگ.

1. سیم شفت انعطاف پذیر
یک شفت انعطاف پذیر سیمی که به عنوان شفت انعطاف پذیر نیز شناخته می شود، از چندین لایه سیم فولادی که به هم پیچیده شده اند، ساخته می شود و یک مقطع دایره ای را تشکیل می دهد. هر لایه از چندین رشته سیم به طور همزمان تشکیل شده است که ساختاری شبیه به فنر چند رشته ای به آن می دهد. درونی ترین لایه سیم به دور یک میله هسته پیچیده می شود و لایه های مجاور آن در جهت مخالف پیچیده می شوند. این طرح معمولا در ماشین آلات کشاورزی استفاده می شود.

2. مفصل شفت انعطاف پذیر
اتصال شفت انعطاف پذیر برای اتصال شفت خروجی برق به اجزای کار طراحی شده است. دو نوع اتصال وجود دارد: ثابت و کشویی. نوع ثابت معمولاً برای شفت‌های انعطاف‌پذیر کوتاه‌تر یا در کاربردهایی که شعاع خمشی نسبتاً ثابت باقی می‌ماند استفاده می‌شود. در مقابل، نوع کشویی زمانی استفاده می‌شود که شعاع خمش در حین کار به طور قابل‌توجهی تغییر می‌کند، که امکان حرکت بیشتر در داخل شیلنگ را فراهم می‌کند تا با خم شدن شیلنگ، تغییرات طول را تطبیق دهد.

3. شیلنگ و مفصل شلنگ
شیلنگ، که به عنوان غلاف محافظ نیز شناخته می شود، برای محافظت از شفت انعطاف پذیر سیم در برابر تماس با اجزای خارجی، ایمنی اپراتور را تضمین می کند. علاوه بر این، می تواند روان کننده ها را ذخیره کند و از ورود کثیفی جلوگیری کند. در حین کار، شیلنگ پشتیبانی می کند و شفت انعطاف پذیر را راحت تر می کند. شایان ذکر است، شیلنگ در طول انتقال با شفت انعطاف‌پذیر نمی‌چرخد و امکان عملکرد روان و کارآمد را فراهم می‌کند.

درک انواع مختلف و عملکرد شفت ها برای مهندسان و طراحان برای اطمینان از عملکرد بهینه و قابلیت اطمینان در سیستم های مکانیکی بسیار مهم است. با انتخاب نوع شفت مناسب برای کاربردهای خاص، می توان کارایی و طول عمر ماشین آلات را افزایش داد. برای اطلاعات بیشتر در مورد قطعات مکانیکی و کاربردهای آنها، منتظر آخرین به روز رسانی های ما باشید!