Informations générales sur les arbres et les essieux. Arbre : caractéristiques de conception, classification et production

Arbres et essieux. informations générales

Pièce de machine à arbre destinéepour transmission de couplele long de sa ligne médiane. Dans la plupart des cas, les arbres supportent des pièces qui tournent avec eux (engrenages, poulies, pignons, etc.). Certains arbres (par exemple flexibles, à cardan, de torsion) ne supportent pas les pièces en rotation. Les arbres de machine, qui, en plus des pièces d'engrenage, portent les parties actives de la machine, sont appelés arbres principaux. L'arbre principal des machines-outils avec le mouvement de rotation d'un outil ou d'un produit est appelé broche. L'arbre qui distribue l'énergie mécanique entre les machines de travail individuelles est appelé arbre de transmission. Dans certains cas, les arbres sont fabriqués d'une seule pièce avec un engrenage cylindrique ou conique (engrenage à arbre) ou avec une vis sans fin (vis sans fin).

Selon la forme de l'axe géométrique, les arbres peuvent êtredroit, coudé et flexible (avec forme d'axe variable). Les arbres droits les plus simples ont la forme de corps de révolution. L'image montre lisse (a) et étagé (b) arbres droits. Les arbres étagés sont les plus courants. Pour réduire le poids ou pour être placés à l'intérieur d'autres pièces, les arbres sont parfois réalisés avec un canal le long de l'axe ; contrairement aux arbres solides, ces arbres sont appelés creux.

Partie d'essieu de machines et de mécanismes servant à supporter des pièces en rotation, maisne transmet pas le couple utile. Les axes peuvent être rotatifs (a) ou fixes (b). L'axe de rotation est monté sur roulements. Un exemple d'essieux rotatifs sont les essieux du matériel roulant ferroviaire et un exemple d'essieux non rotatifs des roues avant d'une voiture.

D'après les définitions, il ressort clairement que pendant le fonctionnement, les arbres tournent toujours et subissent des déformations de torsion ou de flexion et de torsion, et les axes ne subissent que des déformations de flexion (les déformations de traction et de compression qui surviennent dans certains cas sont le plus souvent négligées).

Éléments structurels des arbres et des essieux

La partie de support de l’arbre ou de l’essieu s’appelle un tourillon. La goupille d'extrémité s'appelle un tenon et la goupille intermédiaire s'appelle un col. Le tourillon d'extrémité conçu pour supporter la charge axiale prédominante est appelé le cinquième. Les axes et tourillons de l'arbre reposent sur des roulements ; la pièce d'appui du talon est la butée. La forme des axes peut être cylindrique, conique, sphérique et plate (talons).

L'épaississement annulaire de la tige, qui forme un tout avec lui, est appelé épaulement. La surface de transition d'une section à l'autre, qui sert à supporter les pièces montées sur l'arbre, est appelée épaule.

Pour réduire la concentration des contraintes et augmenter la résistance, les transitions aux endroits où le diamètre de l'arbre ou les changements d'axe sont rendues douces. La surface courbe d'une transition douce d'une section plus petite à une plus grande est appelée un congé. Les congés ont une courbure constante et variable. Un congé de tige en retrait au-delà de la partie plate de l'épaulement est appelé contre-dépouille.

La forme de l'arbre sur sa longueur est déterminée par la répartition des charges, c'est-à-dire les diagrammes des moments de flexion et de couple, les conditions d'assemblage et la technologie de fabrication. Les sections de transition des arbres entre des marches adjacentes de différents diamètres sont souvent réalisées avec une rainure semi-circulaire pour la sortie de la meule.

Les extrémités d'atterrissage des arbres, destinées à l'installation de pièces transmettant le couple dans les machines, mécanismes et appareils, sont standardisées. GOST 1208066* établit les dimensions nominales des extrémités cylindriques des arbres de deux conceptions (longues et courtes) avec des diamètres de 0,8 à 630 mm, ainsi que les dimensions recommandées des extrémités d'arbre filetées. GOST 1208172* établit les principales dimensions des extrémités coniques des arbres avec une conicité de 1:10, également en deux versions (longue et courte) et en deux types (avec filetages externe et interne) avec des diamètres de 3 à 630 mm.

Matériaux des arbres et des essieux.Les exigences de performance des arbres et des essieux sont largement satisfaites par les aciers au carbone et alliés, et dans certains cas par la fonte à haute résistance. Le choix du matériau, du traitement thermique et chimico-thermique est déterminé par la conception du puits et des supports, les spécifications techniques du produit et ses conditions de fonctionnement.

Pour la plupart des arbres, des aciers traités thermiquement 45 et 40Х sont utilisés, et pour les structures critiques, de l'acier 40ХН, ЗОХГТ, etc. Les arbres fabriqués à partir de ces aciers sont soumis à une amélioration ou à un durcissement superficiel avec une chaleur à haute fréquence.

Les arbres à grande vitesse tournant dans des paliers lisses nécessitent une dureté élevée des tourillons, ils sont donc fabriqués à partir d'aciers cémentés 20Kh, 12Kh2N4A, 18KhGT ou d'aciers nitrurés tels que 38Kh2MYuA, etc. Les arbres chromés ont la plus grande résistance à l'usure.

En règle générale, les arbres sont soumis à un tournage, suivi d'un meulage des surfaces d'appui et des tourillons. Parfois, les surfaces d'appui et les congés sont polis ou durcis par grenaillage de surface (traitement à la bille ou au rouleau).

Calcul des arbres et des axes

Pendant le fonctionnement, les arbres et les axes rotatifs, même sous une charge externe constante, subissent des contraintes de flexion alternées d'un cycle symétrique, par conséquent, une rupture par fatigue des arbres et des axes rotatifs est possible. Une déformation excessive des arbres peut interférer avec le fonctionnement normal des engrenages et des roulements.Les principaux critères de performance des arbres et des essieux sont la résistance à la fatigue et la rigidité des matériaux.La pratique montre que la destruction des arbres des machines à grande vitesse résulte généralement de la fatigue des matériaux.

Pour le calcul final de l'arbre, il est nécessaire de connaître sa conception, le type et l'emplacement des supports, ainsi que les endroits où les charges externes sont appliquées. Cependant, la sélection des roulements ne peut être effectuée que lorsque le diamètre de l'arbre est connu. C'est pourquoile calcul des arbres s'effectue en deux étapes : préliminaire(conception) et finale (test) (nous ne considérerons pas la deuxième étape).

Calcul préliminaire des arbres.Le calcul de conception est effectuéuniquement pour la torsion,De plus, pour compenser les contraintes de flexion et d'autres facteurs non pris en compte, des valeurs considérablement réduites des contraintes de torsion admissibles sont prises, par exemple pour les sections de sortie des arbres de boîte de vitesses = (0,025...0,03), où est la résistance temporaire du matériau de l'arbre. Ensuite, le diamètre de l'arbre sera déterminé à partir de la condition de résistance

où

La valeur du diamètre résultant est arrondie à la taille standard la plus proche conformément à GOST 663669* « Dimensions linéaires normales », qui établit quatre rangées de dimensions principales et un certain nombre de dimensions supplémentaires ; ces derniers ne peuvent être utilisés que dans des cas justifiés.

Lors de la conception des boîtes de vitesses, le diamètre de l'extrémité de sortie de l'arbre d'entraînement peut être pris égal au diamètre de l'arbre du moteur électrique auquel l'arbre de la boîte de vitesses sera relié par un accouplement.

Après avoir établi le diamètre de l'extrémité de sortie de l'arbre, le diamètre des tourillons d'arbre est attribué (légèrement supérieur au diamètre de l'extrémité de sortie) et les roulements sont sélectionnés. Pour faciliter l'assemblage, le diamètre des surfaces de montage des arbres sous les moyeux des pièces montées est supérieur aux diamètres des sections adjacentes. En conséquence, la tige étagée a une forme proche d'une poutre de résistance égale.

Conférence 6. Arbres et essieux.

Questions d'étude :

1. Objectif, conception et matériaux des arbres et des essieux.

2. Critères de performance et calcul des arbres et des essieux.

3. Calcul des arbres.

4. Connexions clavetées et cannelées.

5. Calcul de la force des connexions avec clés parallèles.

6. Connexions des broches.

1. Objectif, conception et matériaux des arbres et des essieux.

Arbre appeler une pièce (généralement de forme cylindrique lisse ou étagée) conçue pour supporter les poulies, les engrenages, les pignons, les rouleaux, etc. installés dessus, et pour transmettre le couple.

Pendant le fonctionnement, l'arbre subit une flexion et une torsion et, dans certains cas, en plus de la flexion et de la torsion, les arbres peuvent subir une déformation par traction (compression).

Certains arbres ne supportent pas de pièces en rotation et fonctionnent uniquement en torsion.

Arbre 1 (Fig. 8.1, p. 204 Markhel) a des supports 2 appelés roulements. La partie de l'arbre recouverte par le support est appelée épingle . J'appelle les pointes des épingles d'extrémité 3 , et les intermédiaires - cous 4 .

Classification des arbres et des essieux.

Volontairement les arbres sont divisés en :

Arbres d'engrenages (des pièces d'engrenages y sont installées);

Arbres principaux (les parties actives de la machine y sont également installées).

Par forme géométrique les arbres sont divisés en :

Droit (voir Fig. 8.1);

Manivelle (Fig. 8.3, UN);

Vilebrequins (Fig. 8.3, b);

Flexible (Fig. 8.3, V);

Télescopique (Fig. 8.3, g);

Arbres à cardan (Fig. 8.3, d).

La manivelle et les vilebrequins sont utilisés pour convertir le mouvement alternatif en mouvement de rotation (moteurs à pistons) ou vice versa (compresseurs) ; flexible - pour transmettre le couple entre les composants de la machine qui changent de position pendant le fonctionnement (mécanismes de construction, machines dentaires, etc.) ; télescopique - s'il est nécessaire de déplacer axialement un arbre par rapport à un autre.

Par caractéristiques de conception: arbres et essieux lisses (Fig. 8.2) ; arbres et essieux étagés (voir Fig. 8.1) ; arbres de transmission (voir Fig. 3.36; 3.46, V); arbres à vis sans fin (voir Fig. 5.1, pos. 1 ).

Par type de rubrique les arbres et les essieux sont :

Solide (voir Fig. 8.2, a);

Creux (voir Fig. 8.2, b);

Combiné (Fig. 8.3, d).

Des sites 1 axes et arbres (Fig. 8.4), avec lesquels ils repose sur des roulements lors de la perception des charges axiales, elles sont appelées talons . Les repose-pieds servent de supports aux talons 2 . Les surfaces d'appui des arbres et des axes des moyeux des pièces montées sont cylindriques, coniques ou sphériques. Les essieux cylindriques sont largement utilisés en construction mécanique ; épingles coniques et sphériques; les tourillons coniques et à billes sont rarement utilisés.

Question : Quels sont les noms des tourillons montrés sur la Fig. 8,5 ?

-En figue. 8.5, a – axe cylindrique ;

- En figue. 8.5, b – conique ;

- sur la Fig. 8.5, c – balle.

Les sections de transition (congés) entre les étages des arbres et des essieux sont réalisées pour réduire les concentrations de contraintes et augmenter la durabilité. Les extrémités des arbres et des axes sont réalisées avec chanfreiné, c'est à dire. broyez-les légèrement à la fin. Les surfaces d'appui des arbres et des essieux sont traitées sur des tours et des rectifieuses.

- Question : Ce qu'on appelle un filet?

-Le congé est la surface d'une transition en douceur d'une section plus petite (axe) à une plus grande.

Matériaux pour arbres et essieux .

Les matériaux les plus souvent utilisés pour les essieux et les arbres sont les aciers au carbone et alliés (acier laminé, pièces forgées et, plus rarement, pièces moulées en acier), ainsi que la fonte modifiée à haute résistance et les alliages de métaux non ferreux (dans la fabrication d'instruments). Pour les structures d'arbres et d'essieux à faible charge non critiques, des aciers au carbone sans traitement thermique sont utilisés. Les arbres critiques et fortement chargés sont fabriqués en acier allié 40ХНМА, 25ХГТ, etc. Sans traitement thermique, les aciers 35 et 40, St5, St6, 40Х, 40ХН, 30ХН3А sont utilisés, avec traitement thermique - aciers 45, 50, etc.

Dans l'industrie automobile et des tracteurs, les vilebrequins des moteurs sont en fonte ductile ou ductile.

Question : Indiquer les nuances d'acier les plus couramment utilisées pour la fabrication des arbres et des essieux.

- Dans la fabrication des arbres et des essieux, les nuances d'acier St3, St4, St5, 35, 40, 45, 45, 50, 40Х, 40ХН sont utilisées.

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 par conception et 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

Val - pièce de machine destinée à transmission de couple le long de sa ligne médiane. Dans la plupart des cas, les arbres supportent des pièces qui tournent avec eux (engrenages, poulies, pignons, etc.). Certains arbres (par exemple flexibles, à cardan, de torsion) ne supportent pas les pièces en rotation. Les arbres de machine qui, en plus des pièces d'engrenage, portent les parties actives de la machine, sont appelés indigène. L'arbre principal des machines avec mouvement de rotation d'un outil ou d'un produit est appelé broche. Un arbre qui distribue l'énergie mécanique entre les machines de travail individuelles est appelé transmission Dans certains cas, les arbres sont réalisés d'une seule pièce avec un engrenage cylindrique ou conique (arbre-engrenage) ou avec une vis sans fin (arbre-vis).

Selon la forme de l'axe géométrique, les arbres peuvent être droit, coudé Et flexible(avec forme d'axe variable). Les arbres droits les plus simples ont la forme de corps de révolution. La figure 12.1 montre lisse(s) Et étagé (b) arbres droits. Les arbres étagés sont les plus courants. Pour réduire le poids ou pour être placés à l'intérieur d'autres pièces, les arbres sont parfois réalisés avec un canal le long de l'axe ; contrairement aux arbres solides, ces arbres sont appelés creux. Le vilebrequin est représenté sur la Fig. (12.1, V).

Riz. 12.1.

Axe- une partie de machines et de mécanismes qui sert à supporter des pièces en rotation, mais ne transmet pas le couple utile. Il y a des essieux tournant(Fig. 12.2, UN) Et immobile(b). L'axe de rotation est monté sur roulements. Un exemple d'essieux rotatifs sont les essieux des véhicules ferroviaires.

Riz. 12.2.

D'après les définitions, il ressort clairement que les arbres tournent toujours pendant le fonctionnement et subissent des déformations de torsion ou de flexion et de torsion, et que les essieux ne subissent que des déformations de flexion.

Éléments structurels des arbres et des essieux (Fig. 12.3). La partie de support de l'arbre ou de l'essieu est appelée essieu. La goupille d'extrémité s'appelle épine, et l'intermédiaire - cou. Un tourillon d'extrémité conçu pour supporter une charge axiale prédominante est appelé cinquième. Les axes d'arbre et les tourillons reposent sur roulements, la pièce d'appui pour le talon est palier de butée La forme de l'essieu peut être cylindrique, conique, sphérique ou plate. L'épaississement annulaire de la tige, qui forme un tout avec lui, est appelé épaule.

La surface de transition d'une section à l'autre, qui sert à supporter les pièces montées sur l'arbre, est appelée épaule(voir Fig. 12.1, b). Pour réduire la concentration des contraintes et augmenter la résistance, les transitions aux endroits où le diamètre de l'arbre ou les changements d'axe sont rendues douces. La surface courbe d'une transition douce d'une section plus petite à une plus grande est appelée filet(voir Fig. 12.1, b). Les congés ont une courbure constante et variable. Le congé de tige, approfondi au-delà de la partie plate de l'épaulement, est appelé saper.

Riz. 12.3.

La forme de l'arbre sur sa longueur est déterminée par la répartition des charges, c'est-à-dire diagrammes des moments de flexion et de couple, des conditions d'assemblage et de la technologie de fabrication. Les sections de transition des arbres entre des marches adjacentes de différents diamètres sont souvent réalisées avec une rainure semi-circulaire pour la sortie de la meule.

Les extrémités d'atterrissage des arbres, destinées à l'installation de pièces transmettant le couple dans les machines, mécanismes et appareils, sont standardisées.

Matériaux des arbres et des essieux. Les exigences de performance des arbres et des essieux sont largement satisfaites par les aciers au carbone et alliés, et dans certains cas par la fonte à haute résistance. Le choix du matériau, du traitement thermique et chimico-thermique est déterminé par la conception du puits et des supports, les spécifications techniques du produit et ses conditions de fonctionnement.

Pour la plupart des arbres, des aciers traités thermiquement 45 et 40Х sont utilisés, et pour les structures critiques - des aciers 40ХН, ЗОХГТ, etc. Les arbres fabriqués à partir de ces aciers sont soumis à une amélioration ou à un durcissement superficiel avec des courants à haute fréquence.

Les arbres à grande vitesse tournant dans des paliers lisses nécessitent une dureté élevée des tourillons, ils sont donc fabriqués en aciers de cémentation 20Х, 12Х2Н4А, 18ХГТ ou en aciers nitrurés tels que 38Х2МУА, etc. Les arbres chromés ont la plus grande résistance à l'usure.

En règle générale, les arbres sont soumis à un tournage, suivi d'un meulage des surfaces d'appui et des tourillons. Parfois, les surfaces d'appui et les congés sont polis ou durcis par grenaillage de surface (traitement à la bille ou au rouleau).