مراحل طراحی یک شفت

[amir315hossein]

شفت:
شفت عضو چرخنده ایست که که سطح مقطع آن معمولا گرد بوده و برای انتقال توان یا حرکت بکار می رود. شفت ها به عنوان محور چرخش اجزایی مانند چرخ دنده ها، چرخ لنگرها، میل لنگها، چرخ تسمه ها (پولی ها) و چرخ زنجیرها بکار می روند. شفتها می توانند توسط  کوپلینگ ها به یکدیگر متصل شوند.
میل محور عضو غیر چرخنده ایست که گشتاوری به آن وارد نمی شود و فقط به عنوان تکیه گاه اجزاء چرخنده ای مانند چرخ ها و چرخ تسمه ها بکار می رود.


 
                                                                                                                                               
 




موارد مورد بررسی در طراحی شفت:
* انتخاب جنس شفت
* طرح کلی شفت
* تنش و استحکام شفت
*  استحکام استاتیکی  
* استحکام خستگی
*  تغییر شکل شفت
* ارتعاشات ناشی از فرکانس طبیعی



انتخاب جنس شفت
آلیاژهای متداول: فولادهای کم کربن، سرد کشیده یا نورد گرم مانند فولادهای ۱۰۵۰-۱۰۲۰ ANSI ANSI 1340,3140,
فولادهای آلیاژِی۴۱۴۰,۴۳۴۰,۵۱۴۰,۸۶۵۰
فولادهای ضد زنگ

 

روش های تولید شفت ها
  برای تعداد کم تولید: تراشکاری
  برای تعداد زیاد: شکل دهی گرم و سرد و ریخته گری




طرح کلی شفت
 در مراحل اولیه طراحی بایستی طرح کلی شفت مشخص شود تا بتوان با رسم نمودار آزاد نمودارهای نیروهای برشی و گشتاور خمشی را بدست آورد.  شکل هندسی شفت معموال به صورت یک استوانه پلکانی است.  استفاده از شانه به منظور نصب اجزایی مانند چرخ دنده ها، چرخ تسمه ها و یاتاقان ها و تحمل بارهای محوری ناشی از آنهاست.  در مواردی که نیروهای محوری بسیار کوچک هستند می توان بدون استفاده از شانه و تنها به کمک انطباق فشاری یا پین موقعیت محوری اجزاء را تثبیت کرد.
شکل هندسی شفت معموال از تجارب طراحی های گذشته بدست می آید و اغلب الهام گرفته از نمونه های موجود است که تغییرات اندکی بایستی روی آن انجام شود.

اصول کلی طراحی شفت
شفت در حالت کلی بهتر است که اجزایی که تحت بار هستند، در بین یاتاقانها قرار گیرند تا اینکه در سر شفت قرار گیرند. سعی کنید که طول شفت را تا حد امکان کوتاه در نظر گرفته و یاتاقانها را نیز نزدیک محل اعمال بار در نظر بگیرید. این کار باعث کاهش خیز تیر و کاهش گشتاور خمشی می شود. افزاینده های تنش را تا حد ممکن از نواحی با تنش باال دور نگه دارید. اما اگر امکان پذیر نیست، از شعاع ماهیچه بزرگتر و پرداخت سطح بهتری استفاده کنید. معموال پولی ها و چرخ زنجیرها برای راحتی نصب تسمه یا زنجیر بر روی آنها در سر شفت نصب می شوند.
برای به حداقل رساندن تغییر مکان سر شفت، طول بخش پیش آمده سر شفت بایستی حتی االمکان کوتاه باشد. برای شفتهای بسیار بلند که چندین جزء باربر بر روی آنها نصب می شوند ممکن است الزم شود تا بیش از دو یاتاقان بکار برده شود. در حالت کلی قطر شفت در وسط آن بیشترین مقدار را داشته و با حرکت به سوی دو سر شفت به صورت پیوسته و پلکانی کاهش می یابد تا امکان خارج کردن اجزاء وجود داشته باشد. اگر وزن پایین در طراحی مهم است، از شفتهای توخالی استفاده شود.
 در حالت کلی بهتر است که تنها یکی از یاتاقانها بارهای محوری را تحمل کند تا امکان تلرانسهای بزرگتر برای اندازه های طول شفت امکان پذیر شود و از بروز تنشهای ناخواسته محوری در شفت در اثر انبساط ناشی از تغییرات دما جلوگیری به عمل آید. (یاتاقان با انطباق فشاری)

اجزاء متداول برای انتقال گشتاور پیچشی بین شفت و اجزاء نصب شده روی آن
خارها
هزارخار
پیچهای تنظیم
پین ها
انطباق های فشاری
انطباق های گوه ای
 
تحلیل تنش شفت
برای تحلیل تنش هم می­توانید از روابط موجود در طراحی اجزا استفاده کنید و هم می­توانید از نرم افزارهای تحلیل تنش مانند آباکوس، انسیس و… استفاده کنید. در هر صورت باید توجه داشته باشید حداکثر تنشی که در شفت به وجود می آید باید از مقاومت جنس شفت با یک ضریب اطمینان مناسب کمتر باشد.
در تصویر زیر نمایی از یک شفت که در نرم فزار آباکوس تحلیل شده است را مشاهده می کنید.



                                                                                                                         






منبع:https://partsaz.ir//