KURZUS: Gépszerkesztés és modellezés

MODUL: III. modul: Tengelyek

8. lecke: Tengelyek kialakítása és anyagai

| Cél: tengelyek konstrukciós kialakításának megismerése.
Követelmény: A tananyag elsajátítása akkor tekinthető sikeresnek, ha Ön:
ismeri a tengelyek csoportjait; tudja, hogy mitől függ a tengelyvég kialakítása; tudja, hogy célt szolgál a központfurat; tudja, hogy mi határozza meg a tengely alakját; ismeri a tengelyek kialakítását nagy igénybevételű helyeken; tudja, hogy milyen szerepe van a tengelyre készített beszúrásnak; tudja, hogy milyen alkatrész segítségével lehet csökkenteni a lépcsők számát a tengelyen; tudja, hogy hogyan befolyásolják a tengelyeken a kötések számára kialakított hornyok, furatok a kifáradási határt; ismeri, hogy tengelyvégeken milyen kötés alkalmazható.
Kulcsszavak: tengely, konstrukciós kialakítás.
Azokat a gépelemeket, amelyek a forgó alkatrészeket (szíjtárcsa, fogaskerék stb.) hordozzák, tengelyeknek nevezzük.
8.1. Tengelyek csoportosítása
A tengelyek rendeltetésük szerint két csoportba oszthatók:
a) | támasztó tengelyek: ezek rögzített (álló) és csapágyazott (forgó) kivitelűek lehetnek; de forgató nyomatékot nem visznek át, így a hozzájuk szerelt forgó alkatrészeket csapágyazva kell felszerelni. Ezért ezen tengelyek terhelése csak hajlítás ill. nyírás lehet.
b) | nyomatékátvivő tengelyek: mindig csapágyazott kivitelűek, így a rájuk szerelt forgó alkatrészek fixen rögzíthetők. Ezért terhelésük csavarással párosult hajlítás ill. nyírás lehet.
A tengely alakját és méreteit a hordozott gépelem alakja és méretei, az igénybevétel módja, valamint a technológiai és a szerelési követelmények határozzák meg. Keresztmetszetük általában kör vagy körgyűrű, hosszuk az átmérő többszöröse. Ha az alkatrészek forognak, de maga a tengely áll, akkor csak azok kapcsolódási helyein kell kör vagy körgyűrű keresztmetszetet kialakítani. A többi keresztmetszet olyan lehet, amely a terhelés és a technológiai követelmények figyelembevételével a leggazdaságosabb anyagkihasználást biztosítja. A terheléshez képest forgó tengelyek esetén viszont célszerű az egész hossz mentén kör keresztmetszetet alkalmazni. A csapágyazott és illesztett tengelyszakaszok átmérője szabványos. A nyomatékot továbbító tengelyszakasz vagy tengelyvég hengeres, kúpos, bordás, vagy más különleges kiképzésű (fogazott, poligon stb.) lehet.
A tengely anyagának a megválasztásánál nemcsak a megfelelő szilárdságra, hanem a deformáció előírt határok közötti tartására is törekedni kell. A leggyakrabban használt tengelyanyag az acél. Alárendeltebb célokra, kisebb igénybevételek esetén a görbített és a csőtengelyek öntöttvasból is készíthetők, hengeres tengelyekhez pedig E295; E355; E360 stb. ötvözetlen szerkezeti acélok, valamint C30 és C35 nemesíthető, ötvözetlen acélok alkalmazhatok. Kényesebb, nagy igénybevételű helyeken (motorok, nyomatékváltók, hajtóművek stb.) nemesíthető ötvözött acélokat cé1szerű használni. Ezek szakítószilárdsága 600-1400N/mm2. A nagy kopásállóságú kovácsolt alakos tengelyek (pl.: bütykös tengelyek) anyaga betétben edzhető nikkel, krómnikkel, króm-molibdén és króm-mangánacél lehet. Kemény kopásálló felület nyerhető nitridálással, vagy felületi edzéssel, esetleg kemény bevonatokkal, azonban a vegyi kezelések csökkentik a kifáradási határt.
Tengely fő részei (8.1. ábra):
Tengely fő részei
8.1. ábra
8.2. Tengelyvégek kialakítása
A tengelyvégződések hengeresek, vagy kúposak (8.2. ábra) lehetnek. A tengelyvégek éleit és az agyfuratok szélét a szerelés megkönnyítése miatt célszerű leélezni.
A tengelyvég kialakítása függ:
az agy felerősítésének módjától, a terhelés típusától
Tengelyvég kialakítások (Forrás: Házkötő István Szabványgyűjtemény)
8.2. ábra
Hengeres és kúpos tengelyvégek horonykialakításait mutatja a 8.3. ábra. A tengelyvégek és a hozzájuk kapcsolódó horony méretei láthatók a 8.1. táblázatban.
Hengeres (fent) és kúpos (lent) tengelyvégek jellegzetes horonykialakításai (Forrás: Házkötő István szabványgyűjtemény)
8.3. ábra
Hengeres és kúpos tengelyvégek fő méretei
8.1. táblázat
A 8.4. ábrán kúpos tengelyvégek méretei láthatók íves reteszkötéshez
Kúpos tengelyvégek fészkes reteszkötéshez (Forrás: Házkötő István Szabványgyűjtemény)
8.4. ábra
Tárcsa tengelyvégre való felerősítését mutatja a 8.5. ábra.
Tárcsa beépítése tengelyvégre fészkes retesszel
8.5. ábra
8.3. Beszúrások kialakításai tengelyen
Beszúrások kialakítása
8.6. ábra
Szabványos beszúrások (Forrás: Fémtechnológiai táblázatok)
8.7. ábra
Beszúrások kialakításai meneteknél (8.8. ábra és 8.9. ábra):
Beszúrások kialakítása meneteknél
8.8. ábra
Szabványos beszúrások meneteknél (Forrás: Fémtechnológiai táblázatok)
8.9. ábra
8.4. Központfurat kialakítások
A gyártás során a tengelyek megtámasztásához és befogási (tájolási) bázisfelületként központfuratokat alkalmaznak (8.10. ábra és 8.11. ábra).
Központfurat kialakítások
8.10. ábra
Szabványos központfurat kialakítások (Forrás: Fémtehnológiai táblázatok)
8.11. ábra
Központfurat megadása egyszerűsített méretmegadással (8.12. ábra), pl. egy "A" típusú, d1 = 2 mm méretű központfurat jelölése a következő:
Központfurat megadása egyszerűsített méretmegadással
8.12. ábra
Az axiális rögzítőgyűrű elhelyezéséhez szabványos méretű beszúrást kell készíteni (8.13. ábra).
Szabványos beszúrás axiális rögzítőgyűrű elhelyezéséhez
8.13. ábra
8.5. Lépcsős tengelyek kialakításának szempontjai
A tengelyek általában nem állandó keresztmetszetű tartók, hanem a felerősített alkatrészeknek megfelelően tagoltak. Az átmeneti helyeken feszültség növekedés lép fel. Mint azt a méretezési alapelvek ismertetésekor láttuk, a feszültség gyűjtő helyek nagysága, alakja nagymértékben befolyásolja a tengely kifáradási határát. A tervezésné1 ezért nem csak pontos számításokat kell végezni, hanem törekedni kell arra, hogy helyes kialakítással a feszültségcsúcsok nagyságát a lehető legkisebbre korlátozzuk.
A feszültséggyűjtő hatás annál erősebb, minél élesebb a tengely tagolásánál az iránytörés. A sima vonalú átmenetek és a lekerekítések alkalmazása általában előnyösebb. Legtöbbször az alkatrészeket a tengelyen vállal támasztjuk meg, ilyen esetben az éles átmenet támasztógyűrű alkalmazásával elkerülhető. A lépcsők számát olyan tengelyeken, amelyekre több alkatrészt szerelünk, távtartó gyűrűs támasztással lehet csökkenteni (8.14. ábra).
Szólni kell még a tengelyeken a kötések számára kialakított hornyokról és furatokról is. Ezek nemcsak a terhelhető keresztmetszetet, illetve a keresztmetszeti tényezőt csökkentik, hanem mint feszültséggyűjtő helyek a kifáradási határt is. A legtöbb kellemetlenséget az átmenő furat okozza. Ennek feszültséggyűjtő hatása d/D viszonytól függ. A furat átmérő d növekedésével növekszik a feszültségcsúcs értéke.
A feszültségcsúcsok csökkentése megfelelő átmenettel, és beszúrással
8.14. ábra
Lépcsőstengely mérethálózatának felépítése látható a 8.15. ábrán. A 8.16. ábra lépcsős tengely műhelyrajzára mutat példát.
Lépcsős tengely mérethálózatának felépítése
8.15. ábra
Lépcsős tengely műhelyrajza
8.16. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Az alábbi állításokról döntse el, hogy igazak vagy hamisak!
A támasztó tengelyek álló és forgó kivitelűek lehetnek, de nem visznek át nyomatékot. |
A támasztó tengelyek terhelése csak nyírás lehet. |
A nyomatékátvivő tengelyek mindig csapágyazott kivitelűek. |
A nyomatékátvivő tengelyeket csak hajlítás terheli. |
2. Mitől függ a tengelyvég kialakítása?
| Az agy felerősítésének módjától.
| A helyigénytől.
| A tengely anyagától.
3. Milyen célt szolgál a központfurat?
| A tárcsa rögzítésére szolgáló csavar helye.
| A munkadarab befogását.
| Esztétikai célt szolgál.
| Feszültség csökkentő hatása van.
4. Az alábbi állításokról döntse el, hogy igazak vagy hamisak!
Nagy igénybevételű helyeken nemesíthető ötvözött acélokat célszerű használni. |
Kemény kopásálló felület nyerhető nitridálással. |
A vegyi kezelések növelik a kifáradási határt. |
5. Milyen szerepe van a tengelyre készített beszúrásnak?
| Feszültség csökkentő szerepe van.
| A tárcsa felszerelhető legyen.
| A hengeres felület finom megmunkálásában van szerepe.
6. Milyen alkatrész segítségével lehet csökkenteni a lépcsők számát a tengelyen?
| A lépcsők számát hüvellyel lehet csökkenteni.
| A lépcsők számát olyan tengelyeken, amelyekre több alkatrészt szerelünk, távtartó gyűrűs támasztással lehet csökkenteni.
| A lépcsők számát az alkatrész felszereléséhez használt kúpos szorítóbetéttel lehet csökkenteni.