شفت یا شافت چیست و چه کاربردی دارد؟

هدف این فصل معرفی مفاهیم و اصول طراحی شفت می باشد. توجه ویژه به چیدمان عناصر و ویژگی های ماشین روی یک شفت، اتصال شفت ها، تعیین انحراف شفت ها و سرعت های بحرانی و همچنین مشخص کردن ابعاد شفت برای استحکام و یکپارچگی بار نوسانی داده می شود. یک روش کلی طراحی شفت شامل در نظر گرفتن یاتاقان و نصب اجزا و دینامیک شفت برای شفت انتقال ارائه شده است. جهت مشاهده شفت در الکتروموتور ضد انفجار ، الکتروموتور چینی ، الکتروموتور گاماک و یا شفت در گیربکس رستمی به فروشگاه مگاکو مراجعه کنید.

اصطلاح شفت معمولاً به جزئی از مقطع دایره ای اشاره دارد که می چرخد و نیرو را از یک وسیله محرک مانند موتور یا موتور از طریق یک ماشین منتقل می کند. شفت ها می توانند چرخ دنده ها، قرقره ها و چرخ دنده ها را برای انتقال حرکت چرخشی و قدرت از طریق چرخ دنده ها، تسمه ها و زنجیرها حمل کنند. از طرف دیگر، یک شافت ممکن است به سادگی از طریق یک جفت شار مکانیکی یا مغناطیسی به دیگری متصل شود. یک شفت می تواند ثابت باشد و از یک عضو چرخشی مانند شفت های کوتاهی که چرخ های غیرمحرک خودروها را پشتیبانی می کنند، پشتیبانی کند که اغلب به آنها دوک ها گفته می شود. گزیده ای از آرایش های شفت رایج در شکل نشان داده شده است.

ملاحظات طراحی شفت شامل موارد زیر است:

2. اندازه و فاصله اجزاء (مانند نقشه مونتاژ عمومی)
4. تحمل ها
6. انتخاب مواد، درمان مواد
8. انحراف و سفتی ( انحراف خمشی، انحراف پیچشی، شیب در بلبرینگ، انحراف برشی )
10. استرس و قدرت ( قدرت مکش، خستگی مقابلیت، اطمینان )
12. پاسخ فرکانس
14. ملاحظات تولی

شفت ها معمولاً از یک سری قطرهای پلکانی تشکیل شده اند که پایه های یاتاقان را در خود جای می دهند و شانه هایی را برای قرار دادن وسایلی مانند چرخ دنده ها، چرخ دنده ها و قرقره ها در کنار هم قرار می دهند، و کلیدها اغلب برای جلوگیری از چرخش، نسبت به شفت، این «اضافه شده» استفاده می شوند. اجزاء. یک آرایش معمولی که استفاده از مقاطع و شانه های با قطر ثابت را نشان می دهد در شکل 4.5 برای یک محور انتقال که از چرخ دنده و قرقره پشتیبانی می کند نشان داده شده است.

شفت ها باید طوری طراحی شوند که انحرافات در حد قابل قبولی باشد. به عنوان مثال، انحراف زیاد می تواند عملکرد چرخ دنده را کاهش دهد و باعث ایجاد صدا و لرزش شود. حداکثر انحراف مجاز یک شفت معمولاً با محدودیت های تعیین شده در سرعت بحرانی، حداقل انحرافات مورد نیاز برای عملکرد چرخ دنده و الزامات بلبرینگ تعیین می شود. به طور کلی، انحراف ها نباید باعث جدا شدن دندانه های چرخ دنده بیش از 0.13 میلی متر شوند و شیب محور چرخ دنده ها نباید از حدود 0.03 درجه بیشتر شود. انحراف بخش ژورنال یک شفت در یک یاتاقان ساده باید در مقایسه با ضخامت لایه روغن کم باشد. سرعت بحرانی (به بخش 4.4 مراجعه کنید) سرعت چرخشی است که در آن نیروهای دینامیکی وارد بر سیستم باعث می شوند که در فرکانس طبیعی خود ارتعاش کنند. عملکرد یک شفت در این سرعت می تواند باعث تشدید و ارتعاشات قابل توجهی شود که پتانسیل آسیب جدی به ماشین را دارد و بنابراین یک ملاحظات کلیدی در طراحی یک ماشین دوار است. هر دو انحراف پیچشی و جانبی به کاهش سرعت بحرانی کمک می کنند. علاوه بر این، انحراف زاویه ای شفت در یاتاقان های عنصر نورد نباید از 0.04 درجه تجاوز کند، به استثنای کاربردهای یاتاقان های عنصر نورد خود تراز.

شفت ها می توانند در معرض انواع ترکیبی از بارهای محوری، خمشی و پیچشی قرار گیرند که ممکن است با زمان نوسان داشته باشند یا تغییر کنند (Beswarick, 1994a). قدرت انتقال شفت دوار معمولاً تحت یک گشتاور ثابت همراه با بار خمشی کاملاً معکوس قرار می گیرد که به ترتیب تنش پیچشی متوسط و تنش خمشی متناوب ایجاد می کند. نشانه ای از بارگذاری معمولی برای یک شفت در شکل 4.6 آورده شده است.

همانطور که قبلاً اشاره شد، شفت ها باید طوری طراحی شوند که از عملکرد در سرعت های بحرانی یا نزدیک به آن جلوگیری کنند. این معمولاً با ارائه سفتی جانبی کافی به دست می آید به طوری که کمترین سرعت بحرانی به طور قابل توجهی بالاتر از محدوده عملکرد باشد. در صورت وجود نوسانات پیچشی، مانند میل لنگ موتور، میل بادامک و کمپرسورها، فرکانس های طبیعی پیچشی شفت باید به طور قابل توجهی با فرکانس ورودی پیچشی متفاوت باشد. این را می توان با ایجاد سختی پیچشی کافی به دست آورد به طوری که کمترین فرکانس طبیعی شفت بسیار بالاتر از بالاترین فرکانس ورودی پیچشی باشد.

محورهای دوار معمولاً باید توسط یاتاقان ها پشتیبانی شوند. برای سادگی ساخت، استفاده از دو مجموعه بلبرینگ مطلوب است. اگر به بلبرینگ های بیشتری نیاز باشد، تراز دقیق یاتاقان ها ضروری است. تدارک قابلیت بار رانش و موقعیت محوری شفت معمولاً توسط فقط یک یاتاقان رانش در هر جهت تأمین می شود. مهم است که اعضای سازه ای که از یاتاقان های شفت پشتیبانی می کنند به اندازه کافی قوی و سفت باشند.

فهرست زیر یک روش طراحی شفت را برای شفتی که بارگذاری ثابت را تجربه می کند، تشریح می کند. نمودارهای جریان داده شده در شکل. 4.7 و 4.8 را می توان به ترتیب برای هدایت طراحی شفت برای استحکام و صلبیت و قابلیت بار نوسانی استفاده کرد (به Beswarick، 1994a,b مراجعه کنید). پیرهونن و همکاران (2008) یک نمای کلی از طراحی شفت با اشاره خاص به طراحی ماشین الکتریکی ارائه می دهد.

2. سرعت چرخش شفت را تعیین کنید
4. قدرت یا گشتاوری که باید توسط شفت منتقل شود را تعیین کنید.
6. ابعاد دستگاه های انتقال قدرت و سایر اجزای مورد نیاز برای نصب روی شفت را تعیین کنید.
8. برای هر دستگاه و جزء یک مکان محوری در امتداد شفت مشخص کنید. به عنوان یک اصل کلی، شفت ها را تا حد امکان کوتاه نگه دارید. در صورت امکان، افزایش دهنده های تنش را دور از نواحی پر تنش شفت قرار دهید.
10. مکان یاتاقان ها را برای پشتیبانی از شفت مشخص کنید.
12. یک طرح کلی برای هندسه شفت با در نظر گرفتن نحوه قرارگیری هر جزء به صورت محوری و نحوه انتقال نیرو پیشنهاد کنید. به عنوان یک اصل، از شعاع فیله سخاوتمندانه استفاده کنید.
14. مقدار گشتاورها را در سرتاسر شفت تعیین کنید.
16. نیروهای وارد شده به شفت را تعیین کنید.
18. نمودارهای نیروی برشی و لنگر خمشی تولید کنید تا بتوان توزیع گشتاورهای خمشی در شفت را تعیین کرد.
20. یک ماده برای شفت انتخاب کنید و هرگونه عملیات حرارتی و غیره را مشخص کنید.
22. تنش طراحی مناسب را با در نظر گرفتن نوع بارگذاری (اعم از صاف، شوک، مکرر، معکوس) تعیین کنید.
24. تمام نقاط بحرانی شفت را تجزیه و تحلیل کنید و حداقل قطر قابل قبول را در هر نقطه برای اطمینان از طراحی ایمن تعیین کنید.
26. انحراف شفت را در مکان های بحرانی تعیین کنید و فرکانس های بحرانی را تخمین بزنید.
28. ابعاد نهایی شفت را مشخص کنید. این به بهترین وجه با استفاده از یک نقشه تولیدی دقیق مطابق با یک استاندارد شناخته شده به دست می آید (به عنوان مثال به کتابچه راهنمای استانداردهای بریتانیا در مهندسی و طراحی نقشه مراجعه کنید) و نقشه باید شامل تمام اطلاعات مورد نیاز برای اطمینان از کیفیت مطلوب باشد. به طور معمول، این شامل مشخصات مواد، ابعاد و تلورانس ها (دوطرفه، خروجی، مبنا، و غیره؛ به فصل 11، مهندسی تلرانس و دقیق)، پرداخت های سطح، عملیات مواد و روش های بازرسی می شود.

اصول کلی زیر را می توان در طراحی شفت در نظر گرفت

• شفت ها را تا حد امکان کوتاه نگه دارید و یاتاقان ها به بارهای وارده نزدیک شوند. این باعث کاهش انحراف شفت و ممان های خمشی و افزایش سرعت های بحرانی می شود.
• در صورت امکان، افزایش دهنده های تنش، مانند شعاع های تیز، شکاف ها، و تغییرات قطر را دور از نواحی بسیار تحت تنش شفت قرار دهید. از شعاع فیله سخاوتمندانه و سطوح صاف استفاده کنید و از فرآیندهای تقویت سطح موضعی مانند شات پینینگ و نورد سرد استفاده کنید.
• اگر وزن بحرانی است، از شفت های توخالی استفاده کنید.

منبع مقاله : فروشگاه الکتروموتور مگاکو