Arbres droits. But, conceptions et matériaux des essieux et des arbres

Quelle est la différence entre un essieu et un arbre ? Quels sont les types d'essieux et d'arbres? De quels matériaux sont-ils fabriqués ?

Un arbre est une pièce (généralement de forme cylindrique lisse ou étagée) conçue pour supporter des poulies, des engrenages, des pignons, des rouleaux, etc. installés dessus et pour transmettre un couple.

treuil à clé à mortaise

Pendant le fonctionnement, l'arbre subit une flexion et une torsion et, dans certains cas, en plus de la flexion et de la torsion, les arbres peuvent subir une déformation en traction (compression).

Certains arbres ne supportent pas de pièces tournantes et ne travaillent qu'en torsion.

L'arbre 1 a des supports 2, appelés roulements. La partie de l'arbre recouverte par le support s'appelle le tourillon. Les broches d'extrémité sont appelées pointes 3 et les broches intermédiaires sont appelées cols 4.

Arbre droit : 1 - arbre ; 2 - supports d'arbre ; 3 - broches; 4 - cou

Un axe est une pièce conçue uniquement pour supporter les pièces qui y sont installées.

Contrairement à l'arbre, l'axe ne transmet pas de couple et ne travaille qu'en flexion. Dans les machines, les essieux peuvent être fixes ou ils peuvent tourner avec les pièces assises dessus (essieux mobiles).

Il ne faut pas confondre les notions "d'axe de roue", c'est un détail et "d'axe de rotation", c'est une ligne géométrique de centres de rotation.

Conceptions d'essieux : a - essieu rotatif ; b - essieu fixe

Les formes d'arbres et d'essieux sont très diverses, des cylindres les plus simples aux structures coudées complexes. Les conceptions d'arbres flexibles sont connues, qui ont été proposées par l'ingénieur suédois Carl de Laval en 1889.

La forme d'un arbre est déterminée par la répartition de la flexion et du couple sur sa longueur. Un arbre correctement conçu est une poutre de résistance égale. Les arbres et les essieux tournent et, par conséquent, subissent des charges, des contraintes et des déformations alternées (Fig.). Par conséquent, les défaillances des arbres et des essieux sont de nature fatigue.

Fluctuations des contraintes de flexion de l'essieu de l'essieu en mouvement : a - à basse vitesse ; b - à la vitesse de fonctionnement

Classification des arbres et des essieux

Par objectif, les arbres sont divisés en arbres d'engrenage (des pièces d'engrenage y sont installées) et en arbres principaux (les organes de travail de la machine y sont en outre installés).

Types d'arbres : a - vilebrequin : b - vilebrequin ; c - arbre flexible; g - manche télescopique; d - arbre à cardan

La forme des arbres et des essieux est variée et dépend des fonctions qu'ils remplissent. Parfois, les arbres sont fabriqués avec d'autres pièces, telles que des engrenages, des manivelles, des excentriques.

Par Forme géométrique les arbres sont divisés en: droits; manivelle; coudé; souple; télescopique; cardan. Les vilebrequins et les vilebrequins sont utilisés pour convertir un mouvement alternatif en rotation (moteurs à pistons) ou vice versa (compresseurs); flexible - pour transférer le couple entre les nœuds de la machine qui changent de position dans le travail (mécanismes de construction, machines dentaires, etc.); télescopique - si nécessaire, mouvement axial d'un arbre par rapport à un autre.

Les arbres flexibles sont fabriqués en enroulant du fil à ressort en acier sur une tige centrale mince. Ils ne conservent une flexibilité suffisante qu'aux petits diamètres, car avec une augmentation du diamètre, le moment d'inertie de la section et, par conséquent, la rigidité augmentent fortement. des qualités positives et la commodité de l'entraînement, de tels arbres ne peuvent transmettre aucune puissance significative et ont une application relativement restreinte.

Les haches sont généralement faites droites. Les plus utilisés en construction mécanique sont les arbres droits et les essieux. Les vilebrequins et les vilebrequins sont des pièces spéciales et ne sont pas abordés dans ce cours.

Par caractéristiques de conception : arbres et essieux lisses ; arbres et essieux étagés ; arbres de transmission; axes de vis sans fin.

Pour la fixation axiale des pièces sur un arbre ou un essieu, on utilise des rebords, des épaulements, des sections coniques, des bagues de retenue, des entretoises, qui peuvent être montées en un seul ensemble avec d'autres pièces.

Les arbres étagés sont les plus pratiques pour l'assemblage des assemblages: les rebords protègent les pièces du déplacement axial et fixent leurs positions lors de l'assemblage, permettent le libre mouvement de la pièce le long de l'arbre jusqu'au lieu de son atterrissage. Il est souhaitable que la hauteur des rebords permette le démontage de l'ensemble sans retirer les clavettes de l'arbre. Les diamètres des sièges doivent être conformes à GOST 6636-69, car il existe des calibres fabriqués en série pour ces diamètres. Pour assurer la rotation nécessaire des pièces avec l'axe ou l'arbre, des clavettes, des cannelures, des goupilles, des sections de profil d'arbres et des ajustements serrés sont utilisés. Selon le type de section, les arbres et les essieux sont ; solide; creux combinés. L'utilisation d'arbres creux conduit à une réduction significative du poids et à une augmentation de la rigidité de l'arbre à résistance égale, mais la fabrication des arbres creux est plus compliquée que celle des arbres pleins. Des arbres creux sont fabriqués et dans les cas où une autre pièce passe à travers l'arbre, de l'huile est fournie. Les sections 1 des essieux et des arbres, avec lesquelles ils s'appuient sur des roulements pour absorber les charges axiales, sont appelées talons. Les paliers des talons sont des butées 2. Les surfaces d'appui des arbres et axes sous les moyeux des pièces montées sont appelées tourillons et sont cylindriques, coniques ou sphériques. Dans ce cas, il est d'usage d'appeler les goupilles intermédiaires les cols, les goupilles d'extrémité - les pointes. Les tourillons cylindriques sont largement utilisés en génie mécanique; les goupilles coniques et à billes sont rarement utilisées.

Support d'arbre vertical : 1 - talon ; 2 - palier de butée

Broches : cylindriques - a ; conique - b; balle - dans

Les sections de transition entre deux diamètres effectuent :

• 1) avec un congé de rayon constant ;
• 2) avec un congé de rayon variable. Ce filet réduit la concentration des contraintes et augmente la durabilité. Il est utilisé sur les sections fortement chargées des arbres et des essieux.

Variétés constructives de sections de transition entre les marches des arbres et des essieux: une rainure avec un arrondi pour la sortie de la meule; congé de rayon constant ; congé de rayon variable.

Variétés constructives de sections de transition de l'arbre: a - rainure; b - filet; c - congé de rayon variable ; g - chanfrein

Les extrémités des arbres et des essieux sont réalisées avec des chanfreins, c'est-à-dire les broyer légèrement à la fin. Les surfaces d'appui des arbres et des essieux sont usinées sur des tours et des rectifieuses.

Les épaulements des arbres et des essieux empêchent le déplacement dans une seule direction. Dans le cas d'un éventuel déplacement axial en sens inverse, des écrous, goupilles, vis de blocage, etc. sont utilisés pour l'exclure. Les extrémités des arbres pour l'installation des accouplements, poulies et autres pièces transmettant le couple sont cylindriques ou coniques et leurs dimensions sont normalisées. Pour installer les clés, l'arbre est pourvu d'une rainure.

Matériaux de l'arbre et de l'essieu

Les principaux critères de performance des arbres et des essieux sont la rigidité, la résistance en vrac et la résistance à l'usure avec des microdéplacements relatifs qui provoquent la corrosion.

En tant que matériau pour les essieux et les arbres, les aciers au carbone et alliés (produits laminés, pièces forgées et moins souvent pièces moulées en acier) sont le plus souvent utilisés, car ils ont une résistance élevée, la capacité de durcissement en surface et en volume, les billettes cylindriques sont facilement obtenues par laminage et sont bien usinés, ainsi que la fonte modifiée à haute résistance et les alliages de métaux non ferreux (en instrumentation). Pour les structures d'arbres et d'essieux à faible charge irresponsables, des aciers au carbone sans traitement thermique sont utilisés. Les arbres fortement chargés responsables sont en acier allié 40KhNMA, 25KhGT, etc. Sans traitement thermique, les aciers 35 et 40, St5, Stb, 40X, 40KhN, ZOKHNZA sont utilisés, avec traitement thermique - aciers 45, 50, etc.

Les tourillons d'arbre travaillant sur le frottement dans les paliers lisses doivent avoir une surface plus dure (HRC = 50-60), ce qui peut être obtenu en utilisant une trempe TBCh ou une cémentation et une trempe.

Avec de petits diamètres d'engrenages, l'arbre et l'engrenage sont fabriqués d'une seule pièce. Dans ce cas, le matériau pour la fabrication de l'arbre d'engrenage est sélectionné conformément aux exigences relatives au matériau de l'engrenage.

Les arbres sont généralement usinés dans les centres, pour lesquels les ébauches d'arbres sont munies de trous centraux. Il est souhaitable d'avoir des rainures, des congés, des rainures de clavette sur un arbre de la même taille afin de les traiter avec le même outil.

Dans les industries de l'automobile et des tracteurs, les vilebrequins des moteurs sont en fonte malléable ou ductile.

Les pièces tournantes des machines sont montées sur des arbres ou axes qui assurent une position constante de l'axe de rotation de ces pièces.

Les arbres sont des pièces conçues pour transmettre le couple le long de leur axe et pour supporter les pièces rotatives de la machine.

Les arbres selon leur objectif peuvent être divisés en arbres de transmission, pièces de roulement d'engrenages - engrenages, poulies, pignons, accouplements (Fig. , une et b), et sur arbres principaux machines et autres arbres spéciaux, qui, en plus des pièces d'engrenage, portent les organes de travail des moteurs ou des outils - roues ou disques de turbine, manivelles, mandrins de serrage, etc. (Fig., v et ré)

Selon la forme de l'axe géométrique, les arbres sont divisés en droits et coudés.

axes- des pièces conçues pour supporter des pièces en rotation et ne transmettant pas de couple utile.

Riz. 12.1 Principaux types d'arbres et d'essieux :

a - un arbre de transmission lisse ; b - arbre étagé;

c - broche de la machine ; g - arbre de turbine à vapeur; d - vilebrequin;

e - l'axe du wagon en rotation; g - l'axe d'un chariot non rotatif.

Les pièces de roulement des arbres et des essieux sont appelées tourillons. Les broches intermédiaires sont appelées cous, finir - dopé.

Arbres droits former répartis en arbres de diamètre constant (arbres multitravées de transmission et de navire, Fig. une, ainsi que des arbres qui ne transmettent que du couple) ; arbres étagés (la plupart des arbres, fig. bd); des arbres avec des brides pour se connecter sur la longueur, ainsi que des arbres avec des engrenages coupés ou des vis sans fin. Selon la forme de la section, les arbres sont divisés en lisses, cannelés, ayant un profil de connexion denté (cannelé) sur une certaine longueur, et profilés.

Forme de l'arbre dans le sens de la longueur déterminée par la répartition des charges sur la longueur.

En règle générale, les tracés des moments le long des arbres sont très inégaux. Le couple n'est généralement pas transmis sur toute la longueur de l'arbre. Les tracés des moments de flexion vont généralement à zéro aux supports d'extrémité ou aux extrémités des arbres. Par conséquent, selon la condition de résistance, il est permis et opportun de concevoir des arbres de section variable se rapprochant de corps d'égale résistance. En pratique, j'exécute les arbres par étapes. Cette forme est commode dans la fabrication et l'assemblage ; les épaulements de l'arbre peuvent absorber des forces axiales importantes.

La différence de diamètre de pas est déterminée par : les diamètres standard des surfaces d'appui des moyeux et des roulements, une surface d'appui suffisante pour absorber les efforts axiaux à des rayons et des tailles de chanfrein donnés et, enfin, les conditions d'assemblage.

tourillons(cols) des arbres fonctionnant dans des paliers lisses effectuer : a) cylindrique ; b) conique ; c) sphérique (Fig.). Les tourillons cylindriques sont la principale application. Les goupilles d'extrémité pour faciliter l'assemblage et la fixation de l'arbre dans la direction axiale sont généralement constituées d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la section adjacente de l'arbre (Fig.).

Les tourillons d'arbre pour roulements (fig.) se caractérisent par une longueur plus courte que les tourillons pour paliers lisses.

Les tourillons pour roulements sont souvent réalisés avec des filetages ou d'autres moyens de fixation des bagues.

Surfaces d'atterrissage sous les moyeux des pièces montées sur l'arbre, elles sont cylindriques ou coniques. L'application principale concerne les surfaces cylindriques car elles sont plus faciles à fabriquer.

Riz. 12.4 Moyens structurels pour augmenter l'endurance

puits aux sites d'atterrissage : a - épaississement de la partie sous-moyeu du puits ;

b - arrondir les bords du moyeu; c - amincissement du moyeu; g - déchargement

rainures; e - douilles ou remplissages dans le moyeu d'un matériau à faible module

élasticité.

Endurance de l'arbre est déterminé par des volumes relativement faibles de métal dans des zones de concentration de contraintes importantes. Par conséquent, une conception spéciale et des mesures technologiques pour augmenter l'endurance des arbres sont particulièrement efficaces.

Les moyens structurels d'augmenter l'endurance des puits sur les sites d'atterrissage en réduisant les pressions de bord sont illustrés à la fig. .

En durcissant les pièces du moyeu avec un durcissement superficiel (rodage avec des rouleaux ou des billes), il est possible d'augmenter la limite d'endurance des arbres de 80 à 100 %, et cet effet s'étend aux arbres d'un diamètre allant jusqu'à 500 à 600 mm .

La résistance des arbres aux endroits des clavettes, des engrenages (cannelés) et d'autres connexions détachables avec le moyeu peut être augmentée : en utilisant des connexions cannelées à développante ; connexions cannelées avec un diamètre intérieur égal au diamètre de l'arbre dans les sections adjacentes, ou avec une sortie douce des cannelures vers la surface, fournissant un minimum de concentration de contraintes ; rainures de clavette, produites par une fraise à disque et ayant une sortie en douceur vers la surface; connexions sans clé.

Charges axiales et sur les arbres des pièces montées sur eux sont transmis de la manière suivante. (riz.)

1) charges lourdes - l'accentuation des pièces dans les rebords de l'arbre, l'ajustement des pièces ou des bagues de réglage avec un ajustement serré (Fig. , une et b)

2) charges moyennes - avec des écrous, des broches directement ou via des bagues de réglage, des connexions terminales (Fig. ,c -e);

3) charges légères et protection contre les mouvements par forces accidentelles - vis de blocage directement ou à travers les bagues de réglage, les bornes de raccordement, les anneaux à ressort (Fig. , par exemple).

Auparavant, nous parlions des engrenages comme d'un mécanisme unique et considérions également les éléments directement impliqués dans le transfert de mouvement d'un maillon du mécanisme à un autre. Ce sujet présentera des éléments destinés à la fixation des pièces du mécanisme directement impliquées dans la transmission du mouvement (poulies, pignons, engrenages et roues hélicoïdales, etc.). En fin de compte, la qualité du mécanisme, son efficacité, ses performances et sa durabilité dépendent en grande partie des détails qui seront discutés dans le futur. Les arbres et les essieux sont les premiers de ces éléments du mécanisme.

Arbre(Fig. 17) - une partie d'une machine ou d'un mécanisme conçu pour transmettre un couple ou un couple le long de son axe. La plupart des arbres sont des pièces rotatives (mobiles) de mécanismes ; les pièces directement impliquées dans la transmission du couple (engrenages, poulies, pignons de chaîne, etc.) y sont généralement fixées.

Axe(Fig. 18) - une partie d'une machine ou d'un mécanisme conçu pour supporter des pièces rotatives et pas impliqué dans la transmission du couple ou du couple. L'axe peut être mobile (rotatif, Fig. 18, a) ou fixe (Fig. 18, b).

Classification des arbres et des essieux :

1. Selon la forme de l'axe géométrique longitudinal :

1.1.droit(axe géométrique longitudinal - une ligne droite), par exemple, arbres de boîte de vitesses, arbres de boîte de vitesses de véhicules à chenilles et à roues;

1.2. coudé(l'axe géométrique longitudinal est divisé en plusieurs segments, parallèles entre eux, déplacés les uns par rapport aux autres dans la direction radiale), par exemple, le vilebrequin d'un moteur à combustion interne ;

1.3. souple(l'axe géométrique longitudinal est une ligne de courbure variable, qui peut changer pendant le fonctionnement du mécanisme ou pendant les activités de montage et de démontage), sont souvent utilisés dans l'entraînement d'un compteur de vitesse automobile.

2. Par finalité fonctionnelle :

2.1. arbres de transmission, ils portent des éléments transmetteurs de couple (roues dentées ou hélicoïdales, poulies, pignons, accouplements...) et sont le plus souvent équipés d'embouts dépassant des dimensions du carter du mécanisme ;

2.2. arbres de transmission conçu, en règle générale, pour distribuer la puissance d'une source à plusieurs consommateurs;

2.3. arbres principaux- les arbres qui portent les organes de travail des actionneurs (les arbres principaux des machines-outils qui portent la pièce ou l'outil sont appelés broches).

3. Arbres droits en termes de conception et de surface extérieure :

3.1. lisse les arbres ont le même diamètre sur toute la longueur ;

3.2. fait un pas les arbres se distinguent par la présence de sections de diamètre différent les unes des autres;

3.3. creux les arbres sont pourvus d'un trou traversant ou borgne coaxial à la surface extérieure de l'arbre et s'étendant jusqu'à plus longueur de l'arbre ;

3.4. fendu les arbres le long de la surface cylindrique extérieure ont des saillies longitudinales - des cannelures, régulièrement espacées autour de la circonférence et conçues pour transférer la charge de couple depuis ou vers les pièces directement impliquées dans la transmission du couple;

3.5. arbres combinés avec des éléments directement impliqués dans la transmission du couple (arbre de pignon, arbre de vis sans fin).

Éléments structuraux des puits sont présentés dans la fig. dix-neuf.

Pièces de soutien les arbres et les essieux, à travers lesquels les charges agissant sur eux sont transférées aux parties du corps, sont appelés tourillons. Le tourillon situé dans la partie médiane de l'arbre est généralement appelé cou. L'axe d'extrémité de l'arbre, qui ne transmet aux parties du corps qu'une charge radiale ou une charge radiale et axiale à la fois, est appelé épine, et la goupille d'extrémité, qui ne transmet que la charge axiale, est appelée cinquième. Les éléments des parties du corps interagissent avec les tourillons de l'arbre, offrant la possibilité de faire tourner l'arbre, le maintenant dans la position nécessaire au fonctionnement normal et recevant la charge de l'arbre. En conséquence, les éléments qui perçoivent la charge radiale (et souvent avec la charge radiale et axiale) sont appelés roulements, et des éléments destinés à la perception de la seule charge axiale - paliers de butée.

Un épaississement annulaire d'un arbre de petite longueur, qui ne fait qu'un avec lui et est conçu pour limiter le mouvement axial de l'arbre lui-même ou des pièces montées sur celui-ci, est appelé perle.

La surface de transition du plus petit diamètre de l'arbre au plus grand, qui sert à supporter les pièces montées sur l'arbre, est appelée épaule.

La surface de transition de la partie cylindrique de l'arbre à l'épaulement, réalisée sans enlever de matière des surfaces cylindriques et d'extrémité (Fig. 20. b, c), est appelée filet. Le congé est destiné à réduire la concentration de contraintes dans la zone de transition, ce qui entraîne à son tour une augmentation de la résistance à la fatigue de l'arbre. Le plus souvent, le congé est réalisé sous la forme d'une surface de rayon (Fig. 20. b), cependant, dans certains cas, le congé peut être réalisé sous la forme d'une surface à double courbure variable (Fig. 20. c) . Cette dernière forme de congé offre la réduction maximale de la concentration de contraintes, cependant, elle nécessite la réalisation d'un chanfrein spécial dans le trou de la pièce montée.

Un évidement de faible étendue sur la surface cylindrique de l'arbre, réalisé le long du rayon jusqu'à l'axe de l'arbre, est appelé rainure(Fig. 20, a, d, f). La rainure, ainsi que le congé, sont très souvent utilisés pour former la transition entre la surface cylindrique de l'arbre et la surface d'extrémité de son épaulement. La présence d'une rainure dans ce cas offre des conditions favorables à la formation de surfaces d'appui cylindriques, puisque la rainure est l'espace pour la sortie de l'outil, qui forme une surface cylindrique lorsque usinage(fraise, meule). Cependant, la rainure n'exclut pas la possibilité de formation d'une marche sur la surface d'extrémité de l'épaulement.

Un évidement de faible étendue sur la surface d'extrémité de l'épaulement de l'arbre, réalisé le long de l'axe de l'arbre, est appelé saper(Fig. 20, e). La contre-dépouille offre des conditions favorables à la formation de la surface d'appui d'extrémité de l'épaulement, car c'est l'espace pour la sortie de l'outil qui forme cette surface lors de l'usinage (fraise, meule), mais n'exclut pas la possibilité de la formation d'un pas sur la surface cylindrique de l'arbre lors de son usinage final.

Ces deux problèmes sont résolus en introduisant dans la conception de l'arbre rainure oblique(Fig. 20, f), qui combine les avantages d'une rainure cylindrique et d'une contre-dépouille.

Riz. 21. Variétés de configuration de tourillon

Les tourillons d'arbre peuvent prendre la forme de différents corps de révolution (Fig. 21) : cylindrique, conique ou sphérique. Les cous et les pointes effectuent le plus souvent en forme de cylindre(Fig. 21, a, b). Les goupilles de cette forme sont assez avancées technologiquement dans la fabrication et la réparation et sont largement utilisées avec les paliers lisses et les roulements. V forme de cône effectuer des goupilles d'extrémité (épines, Fig. 21, c) des arbres, travaillant, en règle générale, avec des paliers lisses, afin de fournir la possibilité de régler l'écart et de fixer la position axiale de l'arbre. Les goujons coniques permettent une fixation plus précise des arbres dans la direction radiale, ce qui réduit le faux-rond de l'arbre à grande vitesse. L'inconvénient des goujons coniques est la tendance à se coincer lors de la dilatation thermique (augmentation de la longueur) de l'arbre.

Goupilles sphériques(Fig. 21, d) bien compenser le désalignement des roulements et réduire également l'effet de la flexion de l'arbre sous l'action des charges de travail sur le fonctionnement des roulements. Le principal inconvénient des tourillons sphériques est la complexité accrue de la conception du roulement, ce qui augmente le coût de fabrication et de réparation de l'arbre et de son roulement.

Les talons (Fig. 22) selon la forme et le nombre de surfaces de frottement peuvent être divisés en solide, bague, en forme de peigne et segmentaire.

talon solide(Fig. 22, a) est la plus facile à fabriquer, mais se caractérise par une répartition inégale de la pression sur la zone d'appui du talon, une élimination difficile des produits d'usure par les fluides lubrifiants et une usure très inégale.

Talon anneau(Fig. 22, b) de ce point de vue est plus favorable, bien qu'un peu plus difficile à fabriquer. Lorsque le lubrifiant est fourni à la région paraxiale, son écoulement se déplace le long de la surface de frottement dans la direction radiale, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de glissement, et comprime ainsi les surfaces de frottement les unes des autres, créant des conditions favorables au glissement relatif des surfaces .

Riz. 22. Certaines formes de talons.

Talon segmentaire peut être obtenu à partir de l'annulaire en appliquant à surface de travail la dernière de plusieurs rainures radiales peu profondes, disposées symétriquement en cercle. Les conditions de frottement dans un tel talon sont encore plus favorables que celles décrites ci-dessus. La présence de rainures radiales contribue à la formation d'un coin liquide entre les surfaces frottantes, ce qui conduit à leur séparation à faible vitesse de glissement.

Peigne talon(Fig. 22, c) a plusieurs ceintures de support et est conçu pour absorber des charges axiales importantes, mais dans cette conception, il est assez difficile d'assurer une répartition uniforme de la charge entre les crêtes (une grande précision de fabrication est requise, à la fois le talon lui-même et le palier de butée). L'assemblage de nœuds avec de tels paliers de butée est également assez compliqué.

Les extrémités de sortie des arbres (Fig. 923) ont généralement cylindrique ou forme conique et sont équipés de rainures de clavette ou de cannelures pour la transmission du couple.

Les extrémités d'arbre cylindriques sont plus faciles à fabriquer et sont particulièrement préférées pour les cannelures. Les extrémités coniques centrent mieux les pièces montées dessus et sont donc préférées pour les arbres à grande vitesse.

MÉCANIQUE APPLIQUÉE ET

BASES DE CONCEPTION

Conférence 8

MANCHES ET AXES

UN M. SINOTIN

Département de technologie et d'automatisation de la production

Arbres et essieux Informations générales

Les engrenages, poulies, pignons et autres pièces de machines tournantes sont montés sur des arbres ou des essieux.

Arbre conçu pour supporter les pièces qui y sont assises et pour transmettre le couple. Pendant le fonctionnement, l'arbre subit une flexion et une torsion et, dans certains cas, une tension et une compression supplémentaires.

Axe- une pièce destinée uniquement à supporter les pièces assises dessus. Contrairement à un arbre, un essieu ne transmet pas de couple et ne subit donc pas de torsion. Les essieux peuvent être fixes ou tourner avec les pièces montées dessus.

Variété d'arbres et d'essieux

Selon la forme géométrique, les arbres sont divisés en droits (Figure 1), coudés et flexibles.

1 - pointe; 2 - cou; 3 - roulement

Photo 1 - Arbre étagé droit

Les vilebrequins et les arbres flexibles sont des pièces spéciales et ne sont pas abordés dans ce cours. Les haches sont généralement faites droites. De par leur conception, les arbres droits et les essieux diffèrent peu les uns des autres.

La longueur des arbres droits et des essieux peut être lisse ou étagée. La formation des marches est associée à différentes tensions des sections individuelles, ainsi qu'aux conditions de fabrication et à la facilité de montage.

Selon le type de section, les arbres et axes sont pleins et creux. Une section creuse est utilisée pour réduire la masse ou pour s'insérer à l'intérieur d'une autre pièce.

Éléments structurels des arbres et des essieux

1 broches. Les sections de l'arbre ou de l'axe situées dans les supports sont appelées tourillons. Ils sont divisés en pointes, cols et talons.

Épine appelé tourillon, situé à l'extrémité d'un arbre ou d'un axe et transmettant une charge principalement radiale (Fig. 1).

Figure 2 - Talons

Cheika appelé tourillon situé dans la partie médiane de l'arbre ou de l'axe. Les roulements servent de supports aux cols.

Les pointes et les cols peuvent être de forme cylindrique, conique et sphérique. Dans la plupart des cas, des broches cylindriques sont utilisées (Fig. 1).

Cinquième appelé tourillon qui transmet la charge axiale (Figure 2). Les talons servent de supports aux talons. La forme des talons peut être solide (Figure 2, a), annulaire (Figure 2, b) et en forme de peigne (Figure 2, c). Les talons peignes sont rarement utilisés.

2 surfaces d'atterrissage. Les portées des arbres et axes des moyeux des pièces montées sont cylindriques (Figure 1) et moins souvent coniques. Lors des ajustements serrés, le diamètre de ces surfaces est considéré comme étant environ 5 % plus grand que le diamètre des sections voisines pour faciliter le pressage (Figure 1). Les diamètres des surfaces d'appui sont sélectionnés conformément à GOST 6336-69, et les diamètres des roulements sont sélectionnés conformément aux GOST pour les roulements.

3 zones de transition. Les sections de transition entre deux étages d'arbres ou d'essieux effectuent :

Avec une rainure avec un arrondi pour la sortie de la meule conformément à GOST 8820-69 (Figure 3, a). Ces rainures augmentent la concentration des contraintes et sont donc recommandées pour les sections d'extrémité où les moments de flexion sont faibles ;

Figure 3 - Sections de transition de l'arbre

avec un congé * de rayon constant selon GOST 10948-64 (Figure 3, b);

Avec un congé de rayon variable (Figure 3, c), qui aide à réduire la concentration des contraintes, et est donc utilisé sur les sections fortement chargées des arbres et des essieux.

Des moyens efficaces pour réduire la concentration de contraintes dans les zones de transition consistent à tourner les rainures de décharge (Figure 4, a), à augmenter les rayons de congé, à percer par paliers de grand diamètre (Figure 4, b).

Image 4 - Façons d'augmenter la résistance à la fatigue des arbres

Les engrenages, poulies, pignons et autres pièces de machines tournantes sont montés sur des arbres ou des essieux.

Arbre conçu pour transmettre le couple le long de son axe, pour supporter les pièces qui s'y trouvent et la perception des forces agissant sur celles-ci. Pendant le fonctionnement, l'arbre subit pliez et torsion, et dans certains cas - étirement ou compression supplémentaire.

Axe ne supporte que les pièces qui y sont installées et perçoit les forces agissant sur celles-ci. Contrairement à un arbre, un essieu ne transmet pas de couple et, par conséquent, ne subit pas de torsion. Les haches peuvent être immobilemi ou peut tourner ainsi que les pièces qui leur sont attachées.

Selon la forme de l'axe géométrique les arbres sont divisés en droit(fig.2) et indirect- articulé et excentrique. Les arbres indirects sont classés comme pièces spéciales.

axes, d'habitude, izgovendre directement(voir figure 1). De par leur conception, les arbres droits et les essieux diffèrent peu les uns des autres.

Riz. 1. Essieu de chariot

Les arbres droits et les essieux peuvent être lisse ou stumousseux(voir figure 2).

R est. 2. Arbre étagé droit :

1 - Épine; 2 - cou; 3 - palier; 4 - une bague à rainure transversale pour recevoir les tiges d'extraction de roulement

La forme étagée contribue à la tension égale des sections individuelles, simplifie la fabrication et l'installation des pièces sur l'arbre.

Selon la forme de la section transversale les arbres et les essieux sont solide et creux(avec trou axial). Les arbres creux sont utilisés pour réduire le poids ou pour être placés à l'intérieur d'une autre pièce.

Selon le contour extérieur de la section transversale les arbres sont divisés en fendu et claveté, ayant un profil fendu ou un profil avec une rainure de clavette sur une certaine longueur.

2. Éléments structurels. Matériaux de l'arbre et de l'essieu

tourillons- les sections de support de l'arbre ou de l'axe. Ils sont subdivisés en pointes, cols et talons.

O yipom appelée goupille située à l'extrémité d'un arbre ou d'un axe et transmettant principalement une force radiale (voir Fig. 2). Cheika appelé le tourillon dans la partie médiane de l'arbre ou de l'essieu. Les supports pour les pointes et les cols des arbres sonten dessous depointes. Les pointes et les cous en forme peuvent être cylindrescalique, conique ou sphérique. Dans la plupart des cas, appliquez goupilles cylindriques.

Fig.3. Talons

Cinquième appelée goupille qui transmet la force axiale (Fig. 3). Les supports pour les talons sontpaliers de butée. Talons sont en forme continumi (fig. 3,une), baguesortie (fig. 3,b) et grébanc(fig. 3, v). Les talons peignes sont maintenant rarement utilisés.

Surfaces d'atterrissage arbres et essieux sous les moyeux les pièces montées effectuent cylindrique et coniqueKimi(voir figure 2). Lors de l'atterrissage avec un ajustement serré, le diamètre de ces surfaces est pris plus grand que le diamètre des sections voisines pour la commodité de presser et de réduire la concentration de contraintes (voir Fig. 2). Les diamètres des surfaces d'appui et les diamètres des paliers lisses sont choisis parmi un certain nombre de dimensions linéaires normales, diamètres des roulements - selon les normes de roulement.

Les extrémités coniques des arbres (voir Fig. 2) sont faites avecconicité 1:10. Ils sont utilisés pour faciliter l'installation. pièces montées sur l'arbre.

zones de transition arbres et essieux entre deux marches de diamètres différents effectuent :

une)avec rainure arrondie pour la sortie de la meule (Fig. 4, une);

b)avec un congé de rayon constant, riz. 4, b(filet - la surface d'une transition en douceur d'une section d'une section plus petite à une plus grande);

v ) avec congé de rayon variable(riz. 4, v).

Riz. 4. Transitions d'arbre

Les sections de transition sont des concentrateurs de tensionzheny. Un outil efficace pour réduire la concentration des contraintes dans les zones de transition est promotion

conformité en réalisant des rainures en relief (Fig. 5, une), augmenter les rayons des congés, faire des trous dans les marches plus grand diamètre(riz. 5, b). Ecrouissage (surrivetage) les filets augmentent la force portantepropriété des arbres et des essieux.

Riz. 5. Moyens d'augmenter la résistance autorisée des arbres

Matériaux de l'arbre et de l'essieudevrait bienêtre transformé, être durable etont un module d'élasticité élevé.Cette les exigences sont plus pleinement satisfaites par les aciers au carbone et alliés, à partir desquels les arbres et les essieux sont principalement fabriqués. Pour les arbres et essieux sans traitement thermique de durcissement, les aciers St5, St6 sont utilisés ; pour arbres avec traitement thermique - acier 45, 40X. Les arbres rapides fonctionnant dans des paliers lisses sont en acier 20, 20X, 12XNZA.Les tourillons de ces arbres sont cimentéspour améliorer la résistance à l'usure.

Les arbres et les essieux sont traités sur des tours, suivis de meules et surfaces d'appui.