Cos'è un asse?
Un albero è fondamentalmente una parte rotante di qualsiasi macchina, avente una sezione trasversale circolare, utilizzata per trasmettere potenza da una parte all'altra o da una macchina generatrice di energia a una macchina che assorbe potenza. Per trasmettere potenza, un'estremità dell'albero è collegata alla fonte di alimentazione e l'altra estremità è collegata alla macchina. Gli alberi possono essere pieni o cavi a piacere, e gli alberi cavi contribuiscono a ridurre il peso e offrono vantaggi.
Descrizione generale dell'asse
L'albero è uno degli elementi molto importanti utilizzati nelle macchine. Sono utilizzati per supportare parti rotanti come pulegge e ingranaggi. Sono supportati da cuscinetti situati nella carcassa rigida della macchina. Ingranaggi e pulegge situati sugli alberi aiutano a trasmettere il movimento.
Molti altri elementi rotanti sono calettati sull'albero. Gli alberi sono soggetti a momenti flettenti e torsionali dovuti alle forze di reazione degli organi che supportano e alla coppia generata dalla trasmissione di potenza.
L'albero ha sempre sezione circolare e può essere cavo o pieno. Gli alberi possono essere classificati come alberi a gomiti, alberi lineari, alberi articolati o alberi flessibili, ma gli alberi lineari vengono solitamente utilizzati per trasmettere potenza.
Gli alberi sono generalmente progettati come aste cilindriche ripide in modo che abbiano diametri diversi su tutta la loro lunghezza, sebbene gli alberi con diametro costante siano facili da produrre.
L'entità dello stress in un albero a gradini varia con la sua lunghezza. Alberi con diametro uniforme non sono adatti allo smontaggio, montaggio, manutenzione e creano complicazioni nel fissaggio delle parti montate su di essi, in particolare dei cuscinetti.
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Tipo di albero
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albero di trasmissione
Questi alberi sono alberi a gradini utilizzati per trasmettere potenza tra una fonte e un'altra macchina che assorbe la potenza. Montato sulla porzione a gradini di un albero dentato, mozzo o puleggia per trasmettere il movimento.
Esempi: alberi in testa, bobine, contralberi e tutti gli alberi di fabbrica.
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Asse meccanico
Questi assi si trovano all'interno del gruppo e sono parte integrante della macchina.
Esempio: l'albero a gomiti del motore di un'auto è un albero di macchina.
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semiasse
Questi alberi supportano elementi rotanti, come le ruote, che possono essere montate in alloggiamenti con cuscinetti, ma gli alberi sono elementi non rotanti. Questi sono utilizzati principalmente nei veicoli.
Esempio: assi nelle automobili.
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Mandrino
Queste sono le parti rotanti della macchina che ospitano gli strumenti o l'area di lavoro. Sono alberi corti utilizzati nelle macchine.
Esempio: mandrino in un tornio.
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Materiale dell'albero
Tipicamente l'acciaio dolce è il materiale utilizzato per gli alberi. Se è richiesta un'elevata resistenza, vengono utilizzati acciai legati come l'acciaio al nichel-cromo, al nichel e al cromo-vanadio. Sono formati mediante laminazione a caldo e trafilatura e macinazione a freddo. I materiali solitamente utilizzati per gli alberi convenzionali sono acciaio al carbonio di grado 50C12, 50C4, 45C8, 40C8.
Il materiale utilizzato per l'albero dovrebbe avere le seguenti proprietà:
I materiali dovrebbero avere un'elevata resistenza;
I materiali dovrebbero avere un'elevata resistenza all'usura;
I materiali dovrebbero avere proprietà di trattamento termico;
I materiali dovrebbero avere buone proprietà meccaniche;
Il materiale deve avere una bassa sensibilità al notch.
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Dimensioni standard dell'albero
Asse meccanico
Fino a 25 mm con incrementi di 0,5 mm.
albero di trasmissione
Dimensioni standard dell'albero - lunghezza del gradino;
Lunghezza del passo da 25 mm a 60 mm-5mm;
Lunghezza del passo da 60 mm a 100 mm-10mm;
Lunghezza del passo da 110 mm a 140 mm-15mm;
Incrementi da 140 mm a 500 mm - 20mm.
Gli assi della macchina sono disponibili nelle dimensioni standard fino a 25 mm con incrementi di 5 mm. Per i pozzi, le lunghezze standard sono 5 m, 6 me 7 m, ma generalmente vanno da 1 a 2 m.
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sollecitazione nell'albero
Lo stress indotto nell’albero è:
Sollecitazione di taglio dovuta alla trasmissione della coppia (coppia dovuta al carico torsionale);
Sollecitazioni di flessione, di natura compressiva o di trazione, dovute alle forze agenti su elementi meccanici quali pulegge e ingranaggi e al peso proprio dell'albero;
Sollecitazioni combinate causate da carichi di flessione e torsione.
La massima sollecitazione di taglio ammissibile della sollecitazione di progetto è:
1. L'albero ha una resistenza di 56.000 kN/m2 e c'è spazio per la sede della chiavetta.
2. L'albero è 42000kN/m2 senza tolleranza della chiavetta.
La massima sollecitazione di flessione ammissibile è:
1. L'albero ha una resistenza di 112.000 kN/m2 e c'è spazio per la sede della chiavetta.
2. L'albero è 84000kN/m2 senza tolleranza della chiavetta.
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Produzione di alberi
L'albero è prodotto utilizzando il processo di laminazione a caldo. La resistenza dell'albero è maggiore durante la laminazione a freddo rispetto alla laminazione a caldo, ma la laminazione a freddo provoca elevate tensioni residue che causano la deformazione dell'albero durante la lavorazione. Il processo di forgiatura viene utilizzato per creare alberi di diametro maggiore.
Una volta completata la laminazione, l'estremità dell'albero viene lavorata, un'estremità dell'albero viene montata sulla macchina di ispezione e l'altra estremità dell'albero è supportata dalla torretta del tornio. Per rifinire l'albero, l'utensile viene tenuto in posizione dal portautensile e, quando si accende l'alimentazione, il mandrino inizia a ruotare l'albero.
I comparatori vengono utilizzati per controllare la concentricità dell'albero prima della lavorazione ed eseguire varie operazioni come tornitura, sfacciatura, scanalatura e tornitura conica a seconda dello scopo. Le applicazioni CNC e di altro tipo per volumi elevati sono le più adatte per i processi di lavorazione finale. Può anche essere lavorato con una macchina CNC a doppia estremità con l'asse bloccato tra la rotazione dell'utensile e l'attrezzatura.
Per ottenere concentricità e rotondità, gli utensili rotanti devono essere uno di fronte all'altro lungo le linee centrali. Gli alberi di trasmissione e i motori vengono spesso prodotti utilizzando questo processo.
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Semiasse
Sappiamo che l'albero viene utilizzato per la trasmissione di potenza, quindi la formula utilizzata per calcolare la trasmissione di potenza è: P=2πnT/60. Tra questi, P è la potenza trasmessa (W); n sono i giri al minuto (rpm); T è la coppia in N·m.
Velocità degli assi per varie applicazioni:
1. Macchinari: 100~200;
2. Macchine per la lavorazione del legno: 250~700;
3. Industria tessile: 300~800;
4. Officina di macchinari leggeri: 150 ~ 300;
5. Albero ausiliario: 200~600.
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Progettazione dell'albero
Gli alberi possono essere progettati attraverso due diversi processi basati su diverse considerazioni sul carico:
1. Progettazione dell'albero basata sulla resistenza Gli alberi di trasmissione sono generalmente soggetti a momenti flettenti, coppie, tiri assiali e loro combinazioni. In genere, i cuscinetti vengono caricati con una combinazione di sollecitazioni torsionali e di flessione.
Sollecitazione di trazione del cuscinetto:
Sollecitazione di trazione=P/A
Tra questi, A=(π/4)xD2, D è il diametro dell'albero in mm.
Momento flettente del cuscinetto:
Sollecitazione di flessione=(MbxY)/I
Tra questi, Mb=momento flettente; Y=D/2, dove D è il diametro; I=momento d'inerzia=(πxD4)/64
Coppia del cuscinetto:
Sollecitazione torsionale=MtxR/J
Tra questi, Mt=momento torcente; R=D/2, dove D è il diametro; J=momento d'inerzia polare=(πxD4)/32
2. Progettazione dell'albero basata sulla rigidità
Si dice che un albero motore sia rigido sulla base della rigidità torsionale se l'albero non si torce troppo.
{Mt/J}={(Gxθ)/L}
Tra questi, Mt=coppia mm in N; J=momento d'inerzia polare=(πxD4)/32; D=diametro dell'albero (mm); θ=angolo di torsione; G=modulo di rigidezza N/mm2.
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Vantaggi e svantaggi degli alberi
Vantaggi dell'albero
Hanno meno probabilità di rimanere bloccati;
Richiedono meno manutenzione rispetto ai sistemi a catena;
Hanno un'elevata resistenza alla torsione;
Hanno elevati valori di momento d'inerzia polare;
Sono molto forti ed è improbabile che falliscano;
La forma interna degli alberi cavi è cava, quindi richiedono meno materiale;
A parità di valore di trasmissione della coppia, un albero cavo risulta più leggero di un albero pieno;
Hanno un raggio di rotazione molto elevato.
Svantaggi dell'albero
Presentano perdite di potenza dovute ad accoppiamenti allentati;
Vibrano mentre ruotano;
Producono un rumore costante;
Maggiori costi di produzione e manutenzione;
Difficile da produrre;
Cambiare la velocità di un asse non è semplice;
Lunghi tempi di inattività dovuti a problemi meccanici;
Gocce d'olio sugli alberi sopraelevati;
L'uso di giunti elastomerici (come i giunti a balestra) può provocare perdite di velocità tra gli alberi;
Se un albero si guasta, ci vorrà molto tempo per ripararlo.
