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.