Hřídelejsou kritickými součástmi mechanických systémů, které slouží jako páteř, jež podpírá všechny převodové prvky a zároveň přenáší krouticí moment a ohybové momenty v ložiskách. Konstrukce hřídele se musí zaměřit nejen na její individuální vlastnosti, ale také na její integraci s celkovou strukturou hřídelového systému. V závislosti na typu zatížení, kterému je vystavena během pohybu a přenosu výkonu, lze hřídele rozdělit na vřetena, hnací hřídele a rotační hřídele. Lze je také rozdělit na přímé hřídele, excentrické hřídele, klikové hřídele a ohebné hřídele.
Vřetena
1. Pevné vřeteno
Tento typ vřetena přenáší pouze ohybové momenty, zatímco zůstává nehybný. Jeho jednoduchá konstrukce a dobrá tuhost ho předurčují pro aplikace, jako jsou například nápravy jízdních kol.
2. Otočné vřeteno
Na rozdíl od pevných vřeten přenášejí rotační vřetena během pohybu také ohybové momenty. Běžně se vyskytují v nápravách kol vlaků.
Hnací hřídel
Hnací hřídele jsou navrženy pro přenos točivého momentu a jsou obvykle delší kvůli vysokým otáčkám. Aby se zabránilo silným vibracím způsobeným odstředivými silami, je hmotnost hnací hřídele rovnoměrně rozložena po jejím obvodu. Moderní hnací hřídele často využívají duté konstrukce, které poskytují vyšší kritické otáčky ve srovnání s plnými hřídeli, což je činí bezpečnějšími a materiálově úspornějšími. Například hnací hřídele automobilů jsou obvykle vyrobeny z ocelových plechů o stejné tloušťce, zatímco těžká vozidla často používají bezešvé ocelové trubky.
Rotující hřídel
Rotační hřídele jsou unikátní v tom, že snášejí jak ohybové, tak torzní momenty, což z nich činí jednu z nejběžnějších součástí mechanických zařízení.
Rovná hřídel
Rovné hřídele mají lineární osu a lze je rozdělit na optické a stupňovité hřídele. Rovné hřídele jsou obvykle pevné, ale mohou být navrženy tak, aby byly duté, aby se snížila hmotnost při zachování tuhosti a torzní stability.
1. Optická hřídel
Tyto hřídele, které mají jednoduchý tvar a snadno se vyrábějí, se používají především pro převod.
2. Stupňovitý hřídel
Hřídel se stupňovitým podélným průřezem se označuje jako stupňovitá hřídel. Tato konstrukce usnadňuje instalaci a umístění součástí, což vede k efektivnějšímu rozložení zatížení. I když její tvar připomíná nosník s rovnoměrnou pevností, má více bodů koncentrace napětí. Díky těmto vlastnostem se stupňovité hřídele široce používají v různých převodových aplikacích.
3. Vačkový hřídel
Vačkový hřídel je kritickou součástí pístových motorů. U čtyřtaktních motorů vačkový hřídel obvykle pracuje s poloviční rychlostí klikového hřídele, přesto si udržuje vysokou rychlost otáčení a musí snášet značný točivý moment. V důsledku toho klade konstrukce vačkového hřídele přísné požadavky na jeho pevnost a nosnost.
Vačkové hřídele se obvykle vyrábějí ze speciální litiny, i když některé jsou pro větší odolnost vyrobeny z kovaných materiálů. Konstrukce vačkového hřídele hraje zásadní roli v celkové architektuře motoru.
4. Drážkovaná hřídel
Drážkované hřídele jsou pojmenovány podle svého charakteristického vzhledu, kdy se na jejich povrchu nachází podélná drážka pro pero. Tyto drážky umožňují synchronizované otáčení součástí namontovaných na hřídeli. Kromě této rotační schopnosti umožňují drážkované hřídele také axiální pohyb, přičemž některé konstrukce obsahují spolehlivé blokovací mechanismy pro aplikace v brzdových a řídicích systémech.
Další variantou je teleskopická hřídel, která se skládá z vnitřní a vnější trubky. Vnější trubka má vnitřní zuby, zatímco vnitřní trubka má vnější zuby, což umožňuje jejich bezproblémové spojení. Tato konstrukce nejen přenáší rotační moment, ale také umožňuje prodlužování a zkracování, což ji činí ideální pro použití v mechanismech řazení převodovek.
5. Hřídel ozubeného kola
Pokud je vzdálenost od vybrání ozubeného kola ke spodní části drážky pro pero minimální, jsou ozubené kolo a hřídel integrovány do jednoho celku, známého jako hřídel ozubeného kola. Tato mechanická součást nese rotující části a spolupracuje s nimi na přenosu pohybu, točivého momentu nebo ohybových momentů.
6. Šneková hřídel
Šneková hřídel je obvykle konstruována jako jedna jednotka, která integruje šnek i hřídel.
7. Dutá hřídel
Hřídel s dutým středem se nazývá dutá hřídel. Při přenosu krouticího momentu je vnější vrstva duté hřídele vystavena nejvyššímu smykovému napětí, což umožňuje efektivnější využití materiálů. Za podmínek, kdy je ohybový moment dutých a plných hřídelí stejný, duté hřídele výrazně snižují hmotnost bez kompromisů ve výkonu.
Klikový hřídel
Klikový hřídel je kritickou součástí motoru, obvykle vyrobenou z uhlíkové konstrukční oceli nebo tvárné litiny. Skládá se ze dvou klíčových částí: hlavního čepu a ojničního čepu. Hlavní čep je namontován na bloku motoru, zatímco ojniční čep je spojen s větším koncem ojnice. Menší konec ojnice je spojen s pístem ve válci a tvoří tak klasický klikový mechanismus.
Excentrický hřídel
Excentrický hřídel je definován jako hřídel s osou, která není zarovnána s jeho středem. Na rozdíl od běžných hřídelí, které primárně usnadňují otáčení součástí, jsou excentrické hřídele schopny přenášet jak rotační, tak i rotační pohyb. Pro nastavení osové vzdálenosti mezi hřídeli se excentrické hřídele běžně používají v mechanismech s rovinným táhlem, jako jsou například systémy pohonu klínovými řemeny.
Ohebná hřídel
Ohebné hřídele jsou primárně navrženy k přenosu točivého momentu a pohybu. Díky své výrazně nižší ohybové tuhosti ve srovnání s torzní tuhostí se ohebné hřídele snadno pohybují kolem různých překážek, což umožňuje přenos na velké vzdálenosti mezi hlavním výkonem a pracovním strojem.
Tyto hřídele usnadňují přenos pohybu mezi dvěma osami, které se relativně pohybují, bez nutnosti použití dalších mezilehlých převodových zařízení, což je činí ideálními pro aplikace na dlouhé vzdálenosti. Jejich jednoduchá konstrukce a nízká cena přispívají k jejich popularitě v různých mechanických systémech. Ohebné hřídele navíc pomáhají absorbovat rázy a vibrace, čímž zvyšují celkový výkon.
Mezi běžné aplikace patří ruční elektrické nářadí, určité převodové systémy v obráběcích strojích, počítadla kilometrů a zařízení pro dálkové ovládání.
1. Ohebná hřídel typu Power
Ohebné hřídele silového typu se vyznačují pevným spojením na konci měkkého kloubu hřídele, které je vybaveno posuvnou objímkou uvnitř hadicového spoje. Tyto hřídele jsou primárně navrženy pro přenos krouticího momentu. Základním požadavkem na ohebné hřídele silového typu je dostatečná torzní tuhost. Tyto hřídele obvykle obsahují mechanismy proti zpětnému chodu, které zajišťují jednosměrný přenos. Vnější vrstva je vyrobena z ocelového drátu většího průměru a některé konstrukce neobsahují jádrovou tyč, což zvyšuje odolnost proti opotřebení i flexibilitu.
2. Ohebný hřídel s ovládáním
Ovládací ohebné hřídele jsou primárně určeny pro přenos pohybu. Točivý moment, který přenášejí, slouží hlavně k překonání třecího momentu generovaného mezi drátěnou ohebnou hřídelí a hadicí. Kromě nízké ohybové tuhosti musí tyto hřídele mít také dostatečnou torzní tuhost. Ve srovnání s výkonovými ohebnými hřídelemi se ovládané ohebné hřídele vyznačují svými konstrukčními vlastnostmi, mezi které patří přítomnost jádrové tyče, vyšší počet vrstev vinutí a menší průměry drátů.
Struktura ohebného hřídele
Ohebné hřídele se obvykle skládají z několika komponent: drátěné ohebné hřídele, spoje ohebné hřídele, hadice a spoje hadice.
1. Ohebná hřídel z drátu
Ohebná dříková hřídel, známá také jako ohebná hřídel, je vyrobena z několika vrstev ocelového drátu navinutých dohromady a tvořících kruhový průřez. Každá vrstva se skládá z několika současně navinutých pramenů drátu, což jí dává strukturu podobnou vícepramenné pružině. Vnitřní vrstva drátu je navinuta kolem jádrové tyče a sousední vrstvy jsou navinuty v opačných směrech. Tato konstrukce se běžně používá v zemědělských strojích.
2. Pružný hřídelový kloub
Ohebný hřídelový spoj je navržen tak, aby spojoval výstupní hřídel s pracovními komponenty. Existují dva typy spojení: pevný a posuvný. Pevný typ se obvykle používá pro kratší ohebné hřídele nebo v aplikacích, kde poloměr ohybu zůstává relativně konstantní. Posuvný typ se naopak používá, když se poloměr ohybu během provozu výrazně mění, což umožňuje větší pohyb uvnitř hadice a přizpůsobuje se změnám délky při ohýbání hadice.
3. Hadice a hadicový spoj
Hadice, označovaná také jako ochranný plášť, slouží k ochraně ohebného hřídele drátu před kontaktem s vnějšími součástmi a zajišťuje tak bezpečnost obsluhy. Kromě toho může uchovávat maziva a bránit vniknutí nečistot. Během provozu hadice poskytuje oporu, což usnadňuje manipulaci s ohebným hřídelem. Je pozoruhodné, že hadice se během přenosu s ohebným hřídelem neotáčí, což umožňuje plynulý a efektivní provoz.
Pochopení různých typů a funkcí hřídelí je pro inženýry a konstruktéry zásadní pro zajištění optimálního výkonu a spolehlivosti mechanických systémů. Výběrem vhodného typu hřídele pro konkrétní aplikace lze zvýšit účinnost a životnost strojů. Chcete-li získat více informací o mechanických součástech a jejich aplikacích, sledujte naše nejnovější aktualizace!
Čas zveřejnění: 15. října 2024
