Auparavant, nous parlions des engrenages comme d'un mécanisme global et considérions également les éléments directement impliqués dans la transmission du mouvement d'un maillon du mécanisme à un autre. Ce thème présentera des éléments destinés à la fixation de pièces du mécanisme directement impliquées dans la transmission du mouvement (poulies, pignons, engrenages et roues à vis sans fin, 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 plus loin. Le premier de ces éléments du mécanisme sera les arbres et les essieux.
Arbre(Fig. 17) - une partie d'une machine ou d'un mécanisme conçu pour transmettre un couple ou un couple le long de sa ligne médiane. La plupart des arbres sont des parties rotatives (mobiles) de mécanismes ; des 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 n'intervient pas dans la transmission de la rotation 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 - ligne droite), par exemple, arbres de boîtes de vitesses, arbres de boîtes de vitesses de véhicules à chenilles et à roues ;
1.2. coudé(l'axe géométrique longitudinal est divisé en plusieurs segments, parallèles entre eux et décalés les uns par rapport aux autres dans le sens radial), par exemple le vilebrequin d'un moteur à combustion interne ;
1.3. flexible(l'axe géométrique longitudinal est une ligne de courbure variable, qui peut changer pendant le fonctionnement du mécanisme ou lors des activités d'installation et de démontage), sont souvent utilisés dans l'entraînement du compteur de vitesse des voitures.
2. Par finalité fonctionnelle :
2.1. arbres de transmission, ils portent des éléments transmettant le couple (engrenages ou roues à vis sans fin, poulies, pignons, accouplements, etc.) et sont pour la plupart équipés de pièces d'extrémité qui dépassent des dimensions du corps du mécanisme ;
2.2. arbres de transmission sont destinés, en règle générale, à distribuer l'énergie d'une source à plusieurs consommateurs ;
2.3. arbres principaux- les arbres qui portent les corps de travail des actionneurs (les arbres principaux des machines-outils qui portent la pièce ou l'outil sont appelés broches).
3. Arbres droits selon leur conception et leur surface extérieure :
3.1. lisse les arbres ont le même diamètre sur toute la longueur ;
3.2. fait un pas les puits se distinguent par la présence de sections de diamètres différents ;
3.3. creux les arbres sont équipés d'un trou traversant ou borgne, coaxial à la surface extérieure de l'arbre et s'étendant sur la majeure partie de la longueur de l'arbre ;
3.4. cannelé les arbres le long de la surface cylindrique extérieure ont des saillies longitudinales - des cannelures, uniformément espacées autour de la circonférence et conçues pour transmettre le moment de charge 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 transmission, arbre à vis sans fin).
Éléments structurels du puits sont présentés dans la Fig. 19.
Pièces de support les arbres et les essieux par lesquels les charges agissant sur eux sont transmises aux parties du corps sont appelés tourillons. Le tourillon situé dans la partie médiane de l'arbre est généralement appelé cou. Le tourillon d'extrémité de l'arbre, qui transmet uniquement la charge radiale ou la charge radiale et axiale simultanément aux pièces du boîtier, est appelé épine, et le tourillon d'extrémité transmettant uniquement la charge axiale est appelé cinquième. Les éléments des pièces du boîtier interagissent avec les tourillons de l'arbre, permettant à l'arbre de tourner, de le maintenir dans la position requise pour un fonctionnement normal et de supporter la charge de l'arbre. En conséquence, les éléments qui perçoivent une charge radiale (et souvent avec radiale et axiale) sont appelés roulements, et des éléments conçus pour absorber uniquement les charges axiales - butées.
Un épaississement annulaire d'un arbre de courte longueur, formant un tout avec lui et destiné à limiter le mouvement axial de l'arbre lui-même ou des pièces montées sur celui-ci, est appelé épaule.
La surface de transition d'un diamètre d'arbre plus petit à un diamètre d'arbre 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 des 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 radiale (Fig. 20. b), mais 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 permet une réduction maximale de la concentration des contraintes, mais nécessite un chanfrein spécial dans le trou de la pièce montée.
Une petite dépression sur la surface cylindrique d'un arbre, réalisée le long d'un rayon par rapport à l'axe de l'arbre, est appelée rainure(Fig. 20, a, d, f). Une rainure, comme un congé, est très souvent utilisée pour concevoir la transition de la surface cylindrique d'un arbre à 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 de sortie de l'outil qui forme la surface cylindrique lors de l'usinage (fraise, meule). Cependant, la rainure n'exclut pas la possibilité de formation d'une marche sur la surface d'extrémité de l'épaulement.
Une petite dépression sur la surface d'extrémité de l'épaulement de l'arbre, réalisée le long de l'axe de l'arbre, est appelée saper(Fig. 20, d). La contre-dépouille offre des conditions favorables à la formation de la surface d'appui d'extrémité de l'épaulement, puisque c'est un espace de 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 traitement final.
Ces deux problèmes sont résolus en introduisant un arbre dans la conception rainure inclinée(Fig. 20, e), qui combine les avantages d'une rainure cylindrique et d'une contre-dépouille.
| Riz. 21. Variétés de configurations de tourillons |
Les tourillons d'arbre peuvent prendre la forme de différents corps de rotation (Fig. 21) : cylindrique, conique ou sphérique. Les cous et les colonnes vertébrales sont le plus souvent réalisés cylindrique(Fig. 21, a, b). Les tourillons de cette forme sont technologiquement avancés en matière de fabrication et de réparation et sont largement utilisés avec les roulements et les roulements. DANS forme de cône ils fabriquent des tourillons d'extrémité (pointes, Fig. 21, c) d'arbres, fonctionnant généralement avec des paliers lisses, afin d'assurer la possibilité de régler l'écart et de fixer la position axiale de l'arbre. Les goujons coniques assurent 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 leur tendance à se coincer lorsque l'arbre se dilate sous l'effet de la température (augmentation de la longueur).
Journaux sphériques(Fig. 21, d) compensent bien les désalignements des roulements et réduisent également l'influence de la flexion de l'arbre sous l'influence des charges de fonctionnement 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 friction peuvent être divisés en solide, anneau, peigne Et segmentaire.
Talon solide(Fig. 22, a) est le plus simple à fabriquer, mais se caractérise par une répartition inégale importante de la pression sur la zone d'appui du talon, une élimination difficile des produits d'usure par les fluides lubrifiants et une usure considérablement inégale.
Talon annulaire(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 axiale, son flux se déplace le long de la surface de friction dans la direction radiale, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de glissement, et presse ainsi les surfaces de frottement les unes des autres, créant des conditions favorables au glissement relatif des surfaces.
| Riz. 22. Quelques formes de talons. |
Talon segmenté peut être obtenu à partir d'un anneau en appliquant plusieurs rainures radiales peu profondes, situées symétriquement en cercle, sur la surface de travail de ce dernier. Les conditions de frottement dans un tel talon sont encore plus favorables par rapport à celles décrites ci-dessus. La présence de rainures radiales favorise la formation d'un coin liquide entre les surfaces frottantes, ce qui conduit à leur séparation à des vitesses de glissement réduites.
Talon peigne(Fig. 22, c) comporte plusieurs courroies de support et est conçu pour absorber des charges axiales d'ampleur significative, mais dans cette conception, il est assez difficile d'assurer une répartition uniforme de la charge entre les arêtes (une grande précision de fabrication est requise, à la fois le talon lui-même et la butée). L'assemblage d'unités avec de telles butées 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 transmettre le couple.
Les extrémités d'arbre cylindriques sont plus faciles à fabriquer et sont particulièrement préférées pour la coupe de cannelures. Les extrémités coniques centrent mieux les pièces qui y sont montées et sont donc préférables pour les arbres à grande vitesse.
MÉCANIQUE APPLIQUÉE ET
LES BASES DE LA CONCEPTION
Conférence 8
ARBRE ET AXES
SUIS. SINOTIN
Département de technologie et d'automatisation de la production
Arbres et axes Informations générales
Les engrenages, poulies, pignons et autres pièces de machines rotatives sont montés sur des arbres ou des essieux.
Arbre conçu pour supporter les pièces posées dessus 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 posées dessus. Contrairement à un arbre, un essieu ne transmet pas de couple et ne subit donc pas de torsion. Les axes peuvent être fixes ou tourner avec les pièces montées sur eux.
Variété d'arbres et d'essieux
Selon leur forme géométrique, les arbres sont divisés en droits (Figure 1), coudés et flexibles.
1 – pointe ; 2 – cou; 3 – roulement
Figure 1 – Arbre droit étagé
Les vilebrequins et les arbres flexibles sont des pièces spéciales et ne sont pas abordés dans ce cours. Les essieux sont généralement droits. Dans leur conception, les arbres droits et les essieux diffèrent peu les uns des autres.
La longueur des arbres et des essieux droits 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 d'assemblage.
Selon le type de profilé, les arbres et axes peuvent être pleins ou creux. La section creuse est utilisée pour réduire le poids ou pour être placée à l'intérieur d'une autre pièce.
Éléments structurels des arbres et des essieux
1 Tourillons. Les sections de l'arbre ou de l'axe situées dans les supports sont appelées essieux. Ils sont divisés en épines, cous et talons.
Épine appelé tourillon, situé à l'extrémité d'un arbre ou d'un axe et transmettant une charge majoritairement radiale (Fig. 1).
Figure 2 – Talons
Cou appelé tourillon situé dans la partie médiane de l'arbre ou de l'axe. Les roulements servent de supports pour les cols.
Les pointes et les cols peuvent être de forme cylindrique, conique ou sphérique. Dans la plupart des cas, des broches cylindriques sont utilisées (Fig. 1).
Cinquième appelé tourillon qui transmet la charge axiale (Figure 2). Les butées servent de supports aux talons. La forme des talons peut être pleine (Figure 2, a), en anneau (Figure 2, b) et en peigne (Figure 2, c). Les talons peignes sont rarement utilisés.
2 surfaces d'atterrissage. Les surfaces d'appui des arbres et des axes des moyeux des pièces montées sont cylindriques (Figure 1) et moins souvent coniques. Lors des ajustements par pression, le diamètre de ces surfaces est considéré comme étant environ 5 % plus grand que le diamètre des zones adjacentes 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 normes GOST pour les roulements.
3 zones de transition. Les sections de transition entre deux étages d'arbres ou d'essieux réalisent :
Avec une rainure arrondie 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 aux sections d'extrémité où les moments de flexion sont faibles ;
Figure 3 – Sections de transition du puits
avec un congé * de rayon constant selon GOST 10948-64 (Figure 3, b);
Avec un congé à rayon variable (Figure 3, c), qui contribue à réduire la concentration des contraintes et est donc utilisé sur les zones 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 dégagement (Figure 4, a), à augmenter les rayons de congé et à percer par étapes de grand diamètre (Figure 4, b).
Figure 4 – Méthodes pour augmenter la résistance à la fatigue des arbres
Les axes servent à supporter diverses pièces de machines et mécanismes tournant avec eux ou sur eux. La rotation de l'axe, ainsi que des pièces installées dessus, s'effectue par rapport à ses supports, appelés roulements. Un exemple d'axe non rotatif est l'axe d'un bloc de machine de levage (Fig. 1, a), et un axe rotatif est un axe de chariot (Fig. 1, b). Les essieux prennent la charge des pièces situées dessus et se plient.
Riz. 1Conceptions d'essieux et d'arbres.
Les arbres, contrairement aux essieux, sont conçus pour transmettre des couples et, dans la plupart des cas, pour supporter diverses pièces de machine tournant avec eux par rapport aux roulements. Les arbres qui portent les pièces à travers lesquelles le couple est transmis reçoivent des charges de ces pièces et travaillent donc simultanément en flexion et en torsion. Lorsque des charges axiales sont appliquées sur des pièces montées sur des arbres (engrenages coniques, roues à vis sans fin, etc.), les arbres travaillent en plus en traction ou en compression. Certains arbres ne supportent pas de pièces en rotation (arbres de transmission des voitures, rouleaux de liaison des laminoirs, etc.), ces arbres fonctionnent donc uniquement en torsion. En fonction de leur destination, ils distinguent les arbres de transmission, sur lesquels sont installés des engrenages, des pignons, des accouplements et d'autres pièces d'engrenage, et les arbres principaux, sur lesquels sont installées non seulement des pièces d'engrenage, mais également d'autres pièces, telles que des volants d'inertie, des manivelles, etc.
Les axes représentent tiges droites(Figure 1, a, b), et les arbres se distinguent droit(Fig.1, c, d), coudé(Fig. 1, d) et flexible(Fig. 1, f). Les arbres droits sont très répandus. Les vilebrequins des transmissions à manivelle servent à convertir le mouvement alternatif en mouvement de rotation ou vice versa et sont utilisés dans les machines à pistons (moteurs, pompes). Les arbres flexibles, qui sont des ressorts de torsion multifils torsadés à partir de fils, sont utilisés pour transmettre le couple entre les composants de la machine qui changent de position relative pendant le fonctionnement (outils mécanisés, dispositifs de télécommande et de surveillance, fraises dentaires, etc.). Les vilebrequins et les arbres flexibles sont des pièces spéciales et sont étudiés dans les cours spéciaux appropriés. Les axes et les arbres sont dans la plupart des cas d'une forme ronde pleine, et parfois d'une section transversale annulaire. Les sections individuelles des arbres ont une section ronde pleine ou annulaire avec une rainure de clavette (Fig. 1, c, d) ou avec des cannelures, et parfois une section profilée. Le coût des essieux et des arbres à section annulaire est généralement plus élevé que celui d'une section pleine ; ils sont utilisés dans les cas où il est nécessaire de réduire la masse de la structure, par exemple dans les avions (voir aussi les axes des satellites du réducteur planétaire sur la Fig. 4), ou de placer une autre pièce à l'intérieur. Les essieux et arbres creux soudés, fabriqués à partir d'un ruban situé le long d'une ligne hélicoïdale, réduisent le poids jusqu'à 60 %.
Les essieux de courte longueur sont constitués du même diamètre sur toute la longueur (Fig. 1, a), et les essieux longs et fortement chargés sont façonnés (Fig. 1, b). Selon l'usage, les arbres droits sont soit de diamètre constant sur toute la longueur (arbres de transmission, Fig. 1, c), soit étagés (Fig. 1, d), c'est-à-dire de diamètres différents dans certaines zones. Les plus courants sont les arbres étagés, car leur forme est pratique pour y installer des pièces dont chacune doit passer librement à sa place (pour les arbres de boîte de vitesses, voir l'article « Réducteurs » Fig. 2 ; 3 ; et « Engrenage à vis sans fin » Fig.2 ; 3). Parfois, les arbres sont intégrés aux engrenages (voir Fig. 2) ou aux vis sans fin (voir Fig. 2; 3).
Riz. 2
Les sections d'essieux et d'arbres avec lesquelles ils reposent sur des roulements sont appelées essieux lors de la perception de charges radiales et talons lors de la perception de charges axiales. Les tourillons d'extrémité fonctionnant dans les paliers lisses sont appelés pointes(Fig. 2, a), et les essieux situés à une certaine distance des extrémités des essieux et des arbres - cous(Fig.2, b). Les tourillons des essieux et des arbres fonctionnant dans des paliers lisses sont cylindriques (Fig. 2, a), conique(Fig. 2, c) et sphérique(Fig. 2, d). Les panneaux cylindriques sont les plus courants, car ils sont les plus simples, les plus pratiques et les moins chers à fabriquer, à installer et à exploiter. Les tourillons coniques et sphériques sont relativement rarement utilisés, par exemple pour régler le jeu des roulements de machines de précision en déplaçant l'arbre ou le coussinet, et parfois pour la fixation axiale de l'axe ou de l'arbre. Les tourillons sphériques sont utilisés lorsque l'arbre, en plus du mouvement de rotation, doit subir un mouvement angulaire dans le plan axial. Les tourillons cylindriques fonctionnant dans des paliers lisses sont généralement constitués d'un diamètre légèrement plus petit par rapport à la section adjacente de l'essieu ou de l'arbre, de sorte que, grâce aux épaulements et aux épaulements (Fig. 2, b), les essieux et les arbres peuvent être fixés contre déplacements axiaux. Les tourillons d'essieux et d'arbres pour roulements sont presque toujours cylindriques (Fig. 3, a, b). Les tourillons coniques avec un petit angle de conicité sont relativement rarement utilisés pour réguler les jeux dans les roulements par déformation élastique des bagues. Sur certains essieux et arbres, pour la fixation des roulements, des filetages pour écrous sont prévus à côté des tourillons (Fig. 3, b ;) ou des rainures annulaires pour la fixation des anneaux élastiques.
Riz. 3
Les talons fonctionnant dans des paliers lisses, appelés butées, sont généralement annulaires (Fig. 4, a) et, dans certains cas, en peigne (Fig. 4, b). Les talons en peigne sont utilisés lorsque des charges axiales importantes sont appliquées aux arbres ; dans l'ingénierie mécanique moderne, ils sont rares.
Riz. 4
Les surfaces d'appui des essieux et des arbres sur lesquels sont installées les pièces rotatives des machines et des mécanismes sont cylindriques et beaucoup moins souvent coniques. Ces derniers sont utilisés, par exemple, pour faciliter la pose et le retrait de pièces lourdes de l'arbre avec une précision accrue de centrage des pièces.
La surface d'une transition douce d'un étage d'un axe ou d'un arbre à un autre est appelée un congé (voir Fig. 2, a, b). Le passage des marches de plus petit diamètre à une marche de plus grand diamètre se fait avec une rainure arrondie pour la sortie de la meule (voir Fig. 3). Pour réduire la concentration de contraintes, les rayons de courbure des congés et des rainures sont aussi grands que possible et la profondeur des rainures est considérée comme plus petite (GOST 10948-64 et 8820-69).
La différence entre les diamètres des marches adjacentes des essieux et des arbres doit être minime pour réduire la concentration des contraintes. Pour faciliter l'installation des pièces rotatives de la machine et éviter les blessures aux mains, les extrémités des axes et des arbres sont chanfreinées, c'est-à-dire légèrement meulées en cône (voir Fig. 1...3). Les rayons de courbure des congés et les dimensions des chanfreins sont normalisés par GOST 10948-64.
La longueur des essieux ne dépasse généralement pas 2...3 m, les arbres peuvent être plus longs. Selon les conditions de fabrication, de transport et d'installation, la longueur des arbres pleins ne doit pas dépasser 6...7 M. Les arbres plus longs sont transformés en pièces composites et leurs parties individuelles sont reliées par des accouplements ou à l'aide de brides. Les diamètres des zones d'atterrissage des essieux et des arbres sur lesquels sont installées les pièces rotatives des machines et des mécanismes doivent être conformes à GOST 6636-69 (ST SEV 514-77).
Matériaux des essieux et des arbres.
Les essieux et les arbres sont fabriqués à partir d'aciers de construction au carbone et alliés, car ils ont une résistance élevée, la capacité d'être durcis en surface et volumétriquement, faciles à produire par laminage d'ébauches cylindriques et une bonne usinabilité sur les machines. Pour les essieux et les arbres sans traitement thermique, on utilise des aciers au carbone St3, St4, St5, 25, 30, 35, 40 et 45. Des essieux et des arbres qui sont soumis à des exigences accrues en matière de capacité de charge et de durabilité des cannelures et des essieux. , sont fabriqués à partir d'aciers à moyenne teneur en carbone ou alliés avec une amélioration de 35, 40, 40Х, 40НХ, etc. Pour augmenter la résistance à l'usure des tourillons d'arbre tournant dans des paliers lisses, les arbres sont fabriqués à partir d'aciers 20, 20Х, 12ХНЗА et autres, suivi de la carburation et du durcissement des tourillons. Les arbres critiques et fortement chargés sont fabriqués à partir d'aciers alliés 40ХН, 40ХНМА, 30ХГТ, etc. Les arbres fortement chargés de forme complexe, par exemple les vilebrequins de moteur, sont également fabriqués à partir de fonte modifiée ou à haute résistance.
Pour créer un processus technologique de haute qualité pour fabriquer une pièce, il est nécessaire d'étudier soigneusement sa conception et sa fonction dans la machine.
La conception technologique de la pièce est illustrée sur la figure.
La pièce est un axe cylindrique. Les exigences les plus élevées en matière de précision de forme et d'emplacement, ainsi que de rugosité, sont imposées aux surfaces des tourillons d'essieu destinés aux sièges des roulements. La précision des tourillons pour roulements doit donc correspondre à la 7e année. Des exigences élevées en matière de précision de la localisation de ces tourillons d'essieu les uns par rapport aux autres découlent des conditions de fonctionnement de l'essieu.
Tous les tourillons d'essieu sont des surfaces de rotation d'une précision relativement élevée. Cela détermine l'opportunité d'utiliser les opérations de tournage uniquement pour leur traitement préliminaire, et le traitement final afin de garantir la précision dimensionnelle et la rugosité de surface spécifiées doit être effectué par meulage. Pour garantir des exigences élevées en matière de précision de localisation des tourillons d'essieu, leur traitement final doit être effectué dans une seule installation ou, dans les cas extrêmes, sur les mêmes bases.
Les essieux de cette conception sont assez largement utilisés en construction mécanique.
Les essieux sont conçus pour transmettre le couple et y monter diverses pièces et mécanismes. Ils sont une combinaison de surfaces d'atterrissage et de non-atterrissage en douceur, ainsi que de surfaces de transition.
Les exigences techniques pour les axes sont caractérisées par les données suivantes. Les dimensions diamétrales des tourillons d'atterrissage sont réalisées selon IT7, IT6, les autres tourillons selon IT10, IT11.
La conception de l'essieu, ses dimensions et sa rigidité, les exigences techniques, le programme de production sont les principaux facteurs déterminant la technologie de fabrication et les équipements utilisés.
La pièce est un corps de révolution et est constituée d'éléments structurels simples présentés sous la forme de corps de révolution de section circulaire de différents diamètres et longueurs. Il y a un fil sur l'essieu. La longueur de l'essieu est de 112 mm, le diamètre maximum est de 75 mm et le minimum est de 20 mm.
En fonction de la fonction structurelle de la pièce dans la machine, toutes les surfaces de cette pièce peuvent être divisées en 2 groupes :
surfaces principales ou de travail ;
surfaces lâches ou non fonctionnelles.
Presque toutes les surfaces de l'essieu sont considérées comme basiques car elles interagissent avec les surfaces correspondantes d'autres pièces de la machine ou sont directement impliquées dans le processus de travail de la machine. Cela explique les exigences assez élevées en matière de précision du traitement des pièces et de degré de rugosité indiqué sur le dessin.
On peut noter que la conception de la pièce correspond pleinement à sa destination de service. Mais le principe de fabricabilité de la conception n'est pas seulement de satisfaire aux exigences opérationnelles, mais également aux exigences de fabrication la plus rationnelle et la plus économique du produit.
La pièce présente des surfaces facilement accessibles pour le traitement ; une rigidité suffisante de la pièce lui permet d'être traitée sur des machines offrant les conditions de coupe les plus productives. Cette pièce est technologiquement avancée, car elle contient des profils de surface simples ; son traitement ne nécessite pas d'appareils ni de machines spécialement conçus. Les surfaces des axes sont traitées sur des tours, des perceuses et des rectifieuses. La précision dimensionnelle et la rugosité de surface requises sont obtenues avec un ensemble relativement restreint d'opérations simples, ainsi qu'un ensemble de fraises et de meules standard.
La fabrication d'une pièce demande beaucoup de main d'œuvre, qui est avant tout associée à la garantie des conditions techniques de la pièce, de la précision dimensionnelle requise et de la rugosité des surfaces de travail.
Ainsi, la pièce est technologiquement avancée en termes de méthodes de conception et de traitement.
Dessin technologique de la pièce<<Ось>>.
ARBRES et AXES OBJECTIF Les arbres et les essieux sont conçus pour guider et supporter des pièces en rotation dans l'espace (engrenages, poulies, blocs, pignons, etc.). Ils diffèrent les uns des autres en termes de conditions de travail. L'AXE ne transmet pas de couple et ne travaille qu'en flexion. Il peut être rotatif ou stationnaire. L'ARBRE tourne toujours et transmet toujours le couple, travaille principalement en flexion et en torsion. Certains arbres ne supportent pas de pièces en rotation et fonctionnent uniquement en torsion. Par exemple, les arbres de transmission de voitures, les arbres flexibles dans les entraînements d'outils électriques, etc.
AXIS Conception d'une unité à axe rotatif : Conception d'une unité à axe fixe : 1 – roue de roulement ; 2 – clé ; 3 – axe ; 4 – roulements à rouleaux coniques 1 – bloc de câble ; 2 – axe ; 3 – bandes de verrouillage ; 4 – porte-bloc
CONCEPTIONS DES ROUES MOBILES DES GRUES b a a – sur un axe fixe : 1 – roue ; 2 – axe ; 3 – engrenage b – sur un axe rotatif
ARBRE Le mécanisme de mouvement de la grue avec un arbre de transmission à basse vitesse : 1 – moteur électrique ; 2 – accouplement ; 3 – boîte de vitesses ; 4 – arbre de transmission ; 5 – frein. Arbre à cardan Arbre de boîte de vitesses
CLASSIFICATION DES ARBRES Selon la forme des sections des arbres a – cylindrique plein b – cylindrique creux c – à rainure de clavette d – à rainures cannelées d – profilé
Par objectif Ø Arbres d'engrenages – engrenages à roulements, poulies, pignons et autres pièces. Ø Arbres principaux - en plus des pièces d'engrenages, portent également des pièces de travail de machines ou d'outils (disques de turbine, mandrins de tours et d'aléseuses, etc.) Selon la forme de l'axe géométrique Ø Droit Ø Vilebrequins - utilisés non seulement pour la transmission couple de rotation, mais aussi pour convertir un mouvement alternatif en rotation Ø Flexible, avec une forme variable de l'axe géométrique. Ils sont utilisés dans les entraînements, les instruments, les fraises dentaires, etc.
ZONES DE SUPPORT DE L'ARBRE L'arbre 1 comporte un grand nombre de supports appelés roulements 2. La partie de l'arbre recouverte par le support est appelée tourillon. Les tourillons d'extrémité sont appelés tenons 3, et les tourillons intermédiaires 4.
EXIGENCES RELATIVES AUX MATÉRIAUX POUR LA FABRICATION DE L'ARBRE ü Caractéristiques de haute résistance. ü Faible sensibilité à la concentration des contraintes ü Aptitude à être soumis à des traitements thermiques et chimico-thermiques ü Bonne usinabilité
MATÉRIAUX ET TRAITEMENT THERMIQUE DES ARBRES But de l'arbre Nuance d'acier Type de traitement thermique Arbres et axes peu chargés dont les diamètres sont principalement déterminés par la rigidité Aciers au carbone : St. 3, art. 4, art. 5 Sans traitement thermique Arbres et essieux avec exigences accrues en matière de capacité portante des cannelures et des essieux Aciers au carbone moyen et alliés : 35, 40, 45, 40 X, 40 N, etc. Amélioration de la dureté H = 250... 320 HB Arbres et axes nécessitant une haute résistance à l'usure : - supports coulissants ; - arbre de transmission Aciers de construction à faible teneur en carbone : - qualité 15, 20 ; - alliés 15 Х, 20 Х, 18 ХГТ, 12 ХНЗА, etc. Cémentation et durcissement jusqu'à dureté Н=58... 63 НRc Arbres fortement chargés Aciers alliés : 40 ХНМА, 18 ХГТ, 38 Х 2 МУА, etc.
TYPES DE DOMMAGES AUX ARBRES Rupture des arbres dans la zone de concentrations de contraintes. Ils surviennent en raison d'une diminution de la résistance à la fatigue due à l'action de contraintes alternées. Raisons : choix incorrect de la forme structurelle des pièces (congé), violation de la technologie de fabrication (coupes, marques de traitement, etc.), violation des normes techniques d'exploitation (réglage incorrect des roulements, réduction des jeux requis). Le plus souvent, les pannes surviennent au niveau de la zone où se trouvent les concentrateurs de contraintes (rainures de clavette, congés, trous, raccords à sertir, etc.). Compression des surfaces de travail (rainures, clavettes, cannelures, usure des cannelures dans les articulations mobiles et autres types de dommages de surface). Corrosion par friction et concentration de pression dans les zones situées à proximité des extrémités du moyeu (des conditions préalables sont réunies pour l'apparition de sources de rupture par fatigue. Rigidité insuffisante des arbres et des essieux en flexion et en torsion. Destruction due aux vibrations transversales ou de torsion.
CRITÈRES DE PERFORMANCE DES ARBRES Résistance Rigidité Résistance aux vibrations Résistance à l'usure Le principal critère de performance des arbres à basse vitesse est la résistance statique
POINTS D'APPUI DE L'ARBRE a – sur roulement radial ; b – sur un roulement à contact oblique ; c – sur deux roulements dans un seul support ; g – sur palier lisse
DIAGRAMMES DE CHARGEMENT DE L'ARBRE. DIAGRAMMES DES MOMENTS DE FLEXION ET DE COUPLE Selon GOST 16162-85 pour les arbres d'entrée et de sortie des boîtes de vitesses droites et coniques à un étage et pour les arbres à grande vitesse des boîtes de vitesses de tout type Pour les arbres à basse vitesse des boîtes de vitesses à deux et trois étages, ainsi que les engrenages à vis sans fin où T est le couple sur l'arbre.
PROCÉDURE DE CALCUL DE LA RÉSISTANCE STATIQUE DES ARBRES Etablir un schéma de calcul Déterminer les réactions des appuis dans les plans horizontal et vertical Construire des diagrammes de moments fléchissants et des diagrammes de couples Résumer géométriquement les moments Pour les sections dangereuses (où se trouvent les moments totaux les plus importants), calculer les diamètres et enfin développer la conception de l'arbre. Étant donné que les arbres fonctionnent dans des conditions de flexion et de torsion et que les contraintes dues aux forces axiales sont faibles, la contrainte équivalente au point de la fibre externe, selon la théorie énergétique de la résistance, est déterminée par la formule où ; - les contraintes de calcul pour la flexion et la torsion - les moments axiaux et polaires de la section d'arbre
CALCUL DE L'ARBRE POUR LA RÉSISTANCE À LA FATIGUE Effectué à titre d'essai sous la forme de détermination de facteurs de sécurité où S, S sont respectivement des facteurs de sécurité pour les contraintes de flexion et de torsion ; [s] = 2… 2,5 - facteur de sécurité admissible. où σ-1, -1 sont les limites d'endurance du matériau en flexion et en torsion ; K D, K D - coefficients de concentration de contraintes, prenant en compte l'influence de tous les facteurs sur la résistance à la fatigue ; σa, a - amplitudes de contraintes ; , - coefficients caractérisant la sensibilité du matériau à l'asymétrie du cycle de contraintes ; σm, m sont les composantes constantes du cycle de changement de contrainte.
NATURE DES CHANGEMENTS DE CONTRAINTE DANS L'ARBRE Cycle de contrainte symétrique Cycle de contrainte nulle Les charges constantes en ampleur et en direction provoquent des contraintes de flexion alternées dans les arbres en rotation, variant selon un cycle symétrique avec l'amplitude σа et la contrainte moyenne σm. Les modifications des contraintes de torsion dans les calculs sont prises en fonction de le cycle zéro
