Hriadelesú kritickými komponentmi mechanických systémov, ktoré slúžia ako chrbtica, ktorá podopiera všetky prevodové prvky a zároveň prenáša krútiaci moment a ohybové momenty ložiska. Konštrukcia hriadeľa sa musí zamerať nielen na jeho individuálne vlastnosti, ale musí zvážiť aj jeho integráciu s celkovou štruktúrou hriadeľového systému. V závislosti od typu zaťaženia, ktorému sú vystavené počas pohybu a prenosu výkonu, možno hriadele rozdeliť na vretená, hnacie hriadele a rotačné hriadele. Podľa tvaru osi ich možno tiež rozdeliť na rovné hriadele, excentrické hriadele, kľukové hriadele a ohybné hriadele.
Vretená
1. Pevné vreteno
Tento typ vretena prenáša iba ohybové momenty, pričom zostáva nehybný. Jeho jednoduchá konštrukcia a dobrá tuhosť ho robia ideálnym pre aplikácie, ako sú napríklad nápravy bicyklov.
2. Otočné vreteno
Na rozdiel od pevných vretien, rotačné vretená tiež prenášajú ohybové momenty počas pohybu. Bežne sa nachádzajú v nápravách kolies vlakov.
Hnací hriadeľ
Hnacie hriadele sú navrhnuté na prenos krútiaceho momentu a sú zvyčajne dlhšie kvôli vysokým otáčkam. Aby sa zabránilo silným vibráciám spôsobeným odstredivými silami, hmotnosť hnacieho hriadeľa je rovnomerne rozložená pozdĺž jeho obvodu. Moderné hnacie hriadele často využívajú duté konštrukcie, ktoré poskytujú vyššie kritické rýchlosti v porovnaní s plnými hriadeľmi, vďaka čomu sú bezpečnejšie a materiálovo efektívnejšie. Napríklad hnacie hriadele automobilov sú zvyčajne vyrobené z rovnomerne hrubých oceľových plechov, zatiaľ čo ťažké úžitkové vozidlá často používajú bezšvíkové oceľové rúry.
Rotujúci hriadeľ
Rotačné hriadele sú jedinečné v tom, že prenášajú ohybové aj torzné momenty, vďaka čomu sú jednou z najbežnejších súčastí mechanických zariadení.
Rovný hriadeľ
Rovné hriadele majú lineárnu os a možno ich rozdeliť na optické a stupňovité hriadele. Rovné hriadele sú zvyčajne pevné, ale môžu byť navrhnuté tak, aby boli duté, aby sa znížila hmotnosť a zároveň sa zachovala tuhosť a torzná stabilita.
1. Optický hriadeľ
Tieto hriadele, ktoré majú jednoduchý tvar a sú ľahko vyrobiteľné, sa používajú predovšetkým na prevod.
2. Stupňovitý hriadeľ
Hriadeľ so stupňovitým pozdĺžnym prierezom sa označuje ako stupňovitý hriadeľ. Táto konštrukcia uľahčuje inštaláciu a umiestnenie komponentov, čo vedie k efektívnejšiemu rozloženiu zaťaženia. Hoci jeho tvar pripomína nosník s rovnomernou pevnosťou, má viacero bodov koncentrácie napätia. Vďaka týmto vlastnostiam sa stupňovité hriadele široko používajú v rôznych prevodových aplikáciách.
3. Vačkový hriadeľ
Vačkový hriadeľ je kritickou súčasťou piestových motorov. V štvortaktných motoroch vačkový hriadeľ zvyčajne pracuje s polovičnou rýchlosťou kľukového hriadeľa, no stále si udržiava vysokú rýchlosť otáčania a musí odolávať značnému krútiacemu momentu. V dôsledku toho konštrukcia vačkového hriadeľa kladie prísne požiadavky na jeho pevnosť a nosnosť.
Vačkové hriadele sa zvyčajne vyrábajú zo špeciálnej liatiny, hoci niektoré sú vyrobené z kovaných materiálov pre zvýšenú odolnosť. Konštrukcia vačkového hriadeľa hrá kľúčovú úlohu v celkovej architektúre motora.
4. Drážkovaný hriadeľ
Drážkové hriadele sú pomenované podľa svojho charakteristického vzhľadu, ktorý sa vyznačuje pozdĺžnou drážkou pre pero na svojom povrchu. Tieto drážky umožňujú rotujúcim komponentom namontovaným na hriadeli udržiavať synchronizovanú rotáciu. Okrem tejto rotačnej schopnosti umožňujú drážkové hriadele aj axiálny pohyb, pričom niektoré konštrukcie obsahujú spoľahlivé blokovacie mechanizmy pre aplikácie v brzdových a riadiacich systémoch.
Ďalším variantom je teleskopický hriadeľ, ktorý sa skladá z vnútornej a vonkajšej rúrky. Vonkajšia rúrka má vnútorné zuby, zatiaľ čo vnútorná rúrka má vonkajšie zuby, čo umožňuje ich bezproblémové zasunutie. Táto konštrukcia nielen prenáša rotačný krútiaci moment, ale tiež umožňuje predlžovanie a sťahovanie, vďaka čomu je ideálna na použitie v mechanizmoch radenia prevodových stupňov.
5. Hriadeľ prevodovky
Keď je vzdialenosť od vyčnievajúcej kružnice ozubeného kolesa k spodnej časti drážky pre kľúč minimálna, ozubené koleso a hriadeľ sú integrované do jednej jednotky, ktorá sa nazýva hriadeľ ozubeného kolesa. Táto mechanická súčasť podopiera rotujúce časti a spolupracuje s nimi na prenose pohybu, krútiaceho momentu alebo ohybových momentov.
6. Závitovkový hriadeľ
Závitovkový hriadeľ je zvyčajne konštruovaný ako jedna jednotka, ktorá integruje závitovku aj hriadeľ.
7. Dutý hriadeľ
Hriadeľ navrhnutý s dutým stredom sa nazýva dutý hriadeľ. Pri prenose krútiaceho momentu je vonkajšia vrstva dutého hriadeľa vystavená najvyššiemu šmykovému napätiu, čo umožňuje efektívnejšie využitie materiálov. Za podmienok, keď je ohybový moment dutých a plných hriadeľov rovnaký, duté hriadele výrazne znižujú hmotnosť bez toho, aby to ohrozilo výkon.
Kľukový hriadeľ
Kľukový hriadeľ je kritickou súčasťou motora, zvyčajne vyrobený z uhlíkovej konštrukčnej ocele alebo tvárnej liatiny. Skladá sa z dvoch kľúčových častí: hlavného čapu a čapu ojnice. Hlavný čap je namontovaný na bloku motora, zatiaľ čo čap ojnice je spojený s väčším koncom ojnice. Menší koniec ojnice je spojený s piestom vo valci, čím vytvára klasický kľukový mechanizmus.
Excentrický hriadeľ
Excentrický hriadeľ je definovaný ako hriadeľ s osou, ktorá nie je zarovnaná s jeho stredom. Na rozdiel od bežných hriadeľov, ktoré primárne uľahčujú otáčanie komponentov, excentrické hriadele sú schopné prenášať otáčky aj rotáciu. Na nastavenie stredovej vzdialenosti medzi hriadeľmi sa excentrické hriadele bežne používajú v mechanizmoch s rovinným spojením, ako sú napríklad systémy pohonu klinovými remeňmi.
Flexibilný hriadeľ
Ohybné hriadele sú primárne určené na prenos krútiaceho momentu a pohybu. Vďaka svojej výrazne nižšej ohybovej tuhosti v porovnaní s torznou tuhosťou sa ohybné hriadele dokážu ľahko pohybovať okolo rôznych prekážok, čo umožňuje prenos na dlhé vzdialenosti medzi hlavným výkonom a pracovným strojom.
Tieto hriadele uľahčujú prenos pohybu medzi dvoma osami, ktoré sa relatívnym spôsobom pohybujú, bez potreby ďalších medziľahlých prenosových zariadení, vďaka čomu sú ideálne pre aplikácie na dlhé vzdialenosti. Ich jednoduchá konštrukcia a nízke náklady prispievajú k ich obľúbenosti v rôznych mechanických systémoch. Flexibilné hriadele navyše pomáhajú absorbovať nárazy a vibrácie, čím zlepšujú celkový výkon.
Medzi bežné aplikácie patrí ručné elektrické náradie, určité prevodové systémy v obrábacích strojoch, počítadlá kilometrov a zariadenia na diaľkové ovládanie.
1. Flexibilný hriadeľ typu Power
Flexibilné hriadele silového typu majú pevné pripojenie na mäkkom konci hriadeľa, ktoré je vybavené posuvným puzdrom v hadicovom spoji. Tieto hriadele sú primárne určené na prenos krútiaceho momentu. Základnou požiadavkou na flexibilné hriadele silového typu je dostatočná torzná tuhosť. Tieto hriadele zvyčajne obsahujú mechanizmy proti spätnému chodu, ktoré zabezpečujú jednosmerný prenos. Vonkajšia vrstva je vyrobená z oceľového drôtu s väčším priemerom a niektoré konštrukcie neobsahujú jadrovú tyč, čo zvyšuje odolnosť proti opotrebovaniu aj flexibilitu.
2. Flexibilný hriadeľ s ovládaním
Riadiace ohybné hriadele sú primárne určené na prenos pohybu. Krútiaci moment, ktorý prenášajú, sa používa hlavne na prekonanie trecieho momentu generovaného medzi drôteným ohybným hriadeľom a hadicou. Okrem nízkej ohybovej tuhosti musia mať tieto hriadele aj dostatočnú torznú tuhosť. V porovnaní s výkonovými ohybnými hriadeľmi sa riadiace ohybné hriadele vyznačujú svojimi konštrukčnými vlastnosťami, medzi ktoré patrí prítomnosť jadra, vyšší počet vrstiev vinutia a menšie priemery drôtu.
Štruktúra ohybného hriadeľa
Ohybné hriadele sa zvyčajne skladajú z niekoľkých komponentov: drôtený ohybný hriadeľ, spoj ohybného hriadeľa, hadica a spoj hadice.
1. Ohybný hriadeľ z drôtu
Drôtený ohybný hriadeľ, tiež známy ako flexibilný hriadeľ, je vyrobený z viacerých vrstiev oceľového drôtu navinutých dohromady, ktoré tvoria kruhový prierez. Každá vrstva pozostáva z niekoľkých súčasne navinutých prameňov drôtu, čo jej dáva štruktúru podobnú viacpramennej pružine. Vnútorná vrstva drôtu je navinutá okolo jadrovej tyče, pričom susedné vrstvy sú navinuté v opačných smeroch. Táto konštrukcia sa bežne používa v poľnohospodárskych strojoch.
2. Flexibilný hriadeľový kĺb
Ohybný hriadeľový spoj je určený na spojenie výstupného hriadeľa s pracovnými komponentmi. Existujú dva typy pripojenia: pevné a posuvné. Pevný typ sa zvyčajne používa pre kratšie ohybné hriadele alebo v aplikáciách, kde polomer ohybu zostáva relatívne konštantný. Naproti tomu posuvný typ sa používa, keď sa polomer ohybu počas prevádzky výrazne mení, čo umožňuje väčší pohyb v hadici, aby sa prispôsobili zmenám dĺžky pri ohýbaní hadice.
3. Hadica a spoj hadice
Hadica, označovaná aj ako ochranný plášť, slúži na ochranu ohybného hriadeľa drôtu pred kontaktom s vonkajšími komponentmi, čím sa zaisťuje bezpečnosť obsluhy. Okrem toho slúži na uchovávanie mazív a zabraňuje vniknutiu nečistôt. Počas prevádzky hadica poskytuje oporu, vďaka čomu sa s ohybným hriadeľom ľahšie manipuluje. Je pozoruhodné, že hadica sa počas prenosu s ohybným hriadeľom neotáča, čo umožňuje plynulú a efektívnu prevádzku.
Pochopenie rôznych typov a funkcií hriadeľov je pre inžinierov a konštruktérov kľúčové pre zabezpečenie optimálneho výkonu a spoľahlivosti mechanických systémov. Výberom vhodného typu hriadeľa pre konkrétne aplikácie je možné zvýšiť účinnosť a životnosť strojov. Ak chcete získať viac informácií o mechanických komponentoch a ich aplikáciách, sledujte naše najnovšie aktualizácie!
Čas uverejnenia: 15. októbra 2024
