Differenza tra albero e mandrino nell'applicazione industriale

Differenza tra albero e mandrino nell'applicazione industriale

Nel campo della trasmissione industriale e della produzione meccanica, albero e mandrino sono due tipi di componenti fondamentali. Sebbene abbiano un aspetto simile ed entrambi svolgano funzioni di trasmissione di potenza o di supporto del carico, presentano differenze significative nella progettazione strutturale, nelle caratteristiche di funzionamento e negli scenari applicativi. Tra questi, il mandrino del riduttore epicicloidale e l'albero di supporto, come tipici rappresentanti delle due tipologie di componenti, sono ampiamente utilizzati in riduttori epicicloidali, macchine utensili, macchinari edili e altre attrezzature. Chiarire le differenze tra i due è di grande importanza per la selezione, la manutenzione e l'ottimizzazione delle prestazioni delle attrezzature.

I. Definizioni fondamentali e differenze essenziali

1. La definizione e gli attributi principali di Shaft

L'albero è un componente cilindrico utilizzato nei macchinari per trasmettere potenza, coppia o supportare parti rotanti. Le sue funzioni principali sono "trasmissione" e "supporto". L'albero di supporto, come tipologia comune di albero, svolge principalmente la funzione di supportare altre parti in movimento. La sua velocità di rotazione è relativamente bassa o ruota solo passivamente con le parti. I requisiti di coassialità e rigidità servono principalmente a garantire la stabilità del supporto.

Questo tipo di struttura dell'albero è relativamente semplice, per lo più costituita da alberi lisci o a gradini con cave per chiavetta. Il materiale è principalmente acciaio legato a medio tenore di carbonio e la tecnologia di lavorazione si concentra su tornitura e rettifica per garantire che la rugosità superficiale e la precisione dimensionale soddisfino i requisiti di assemblaggio. Nel sistema di trasmissione, l'albero spesso collega la fonte di potenza all'attuatore tramite giunti, ingranaggi e altri componenti, trasmettendo la coppia da motori, motori, ecc. alle parti in movimento o supportando parti rotanti come ingranaggi e cuscinetti per mantenerne il funzionamento stabile.

2. Definizione e attributi principali del fuso

Il termine "mandrino" si riferisce specificamente a un componente centrale dell'albero che ruota ad alta velocità e aziona direttamente la parte in lavorazione o trasmette potenza ad alta precisione. Le sue funzioni principali sono "azionamento ad alta precisione" e "rotazione ad alta velocità". Il mandrino con riduttore epicicloidale è un'applicazione tipica del mandrino. Non solo deve trasmettere la coppia in uscita del riduttore epicicloidale, ma deve anche garantire un accoppiamento preciso con l'ingranaggio solare e gli ingranaggi planetari durante la rotazione ad alta velocità. I ​​requisiti di velocità di rotazione, rigidità e precisione di rotazione superano di gran lunga quelli degli alberi tradizionali.

Il mandrino ha una struttura più complessa, che spesso integra cuscinetti di precisione, canali di lubrificazione, sistemi di raffreddamento, ecc. I suoi materiali sono per lo più acciai legati ad alta resistenza e vengono sottoposti a processi di trattamento termico come cementazione, tempra e nitrurazione per migliorarne la durezza, la resistenza all'usura e la resistenza alla fatica. I requisiti di precisione di lavorazione sono estremamente elevati, in particolare l'eccentricità radiale e l'eccentricità circolare della superficie terminale devono essere controllati a livello micrometrico per soddisfare i requisiti di operazioni ad alta velocità e alta precisione.

Ii. Differenze nella progettazione strutturale e nella tecnologia di elaborazione

1. La struttura e le caratteristiche di lavorazione di Shaft

La progettazione strutturale dell'albero comune e dell'albero di supporto si basa su un "adattamento pratico" e non richiede sistemi ausiliari complessi. Ad esempio, nelle macchine edili, l'albero di supporto deve essere progettato solo con una struttura a gradini per consentire l'installazione dei cuscinetti, e la trasmissione di potenza avviene tramite chiavette con componenti come ingranaggi e pignoni, senza la necessità di ulteriori dispositivi di lubrificazione o raffreddamento integrati.

In termini di lavorazione, la tornitura e la rettifica sono i processi principali. Per alcuni alberi complessi, vengono aggiunte procedure aggiuntive come la fresatura di sedi per chiavette e la foratura. La precisione di lavorazione è solitamente controllata a livelli IT6-IT8 e una rugosità superficiale di Ra≤1,6μm può soddisfare i requisiti di utilizzo. La selezione del materiale deve essere adattata in base alle condizioni di carico. Per scenari di carico leggero, è possibile utilizzare acciaio 45#, mentre per scenari di carico pesante, è consigliabile adottare acciai legati come il 40Cr. Non è necessario ricercare eccessivamente un'elevata resistenza o una lavorazione ad alta precisione, il che può ridurre i costi di produzione.

2. La struttura e le caratteristiche di lavorazione del mandrino

Il design strutturale del mandrino e del mandrino riduttore planetario è incentrato su "alta precisione e rotazione ad alta velocità" e deve tenere conto della rigidità, dello smorzamento delle vibrazioni e della dissipazione del calore. Prendiamo come esempio il mandrino del riduttore planetario. Il corpo del mandrino deve essere progettato con scanalature precise per l'installazione degli ingranaggi per adattarsi perfettamente ai profili dei denti degli ingranaggi planetari e degli ingranaggi solari. Allo stesso tempo, integra cuscinetti volventi di precisione o cuscinetti scorrevoli per garantire la precisione di rotazione durante la rotazione ad alta velocità.

In termini di tecnologia di lavorazione, il mandrino deve essere sottoposto a molteplici procedure, come tornitura di sgrossatura, tornitura di precisione, rettifica di sgrossatura, rettifica di precisione e rettifica ultra-fine. Alcuni mandrini di fascia alta richiedono anche trattamenti di levigatura e rettifica. La precisione di lavorazione può raggiungere gradi IT3-IT5 e l'eccentricità radiale è controllata entro 0,001-0,005 mm. I materiali sono principalmente leghe ad alta resistenza come Cr15 e 38CrMoAl. Dopo il trattamento termico, la durezza superficiale può superare HRC55. Allo stesso tempo, ha superato i test di bilanciamento dinamico per ridurre le vibrazioni durante la rotazione ad alta velocità e garantire la stabilità operativa.

Iii. Differenze negli scenari applicativi e nell'adattamento funzionale

1. Scenari applicativi tipici di Shaft

L'albero e l'albero di supporto sono ampiamente utilizzati nei sistemi di trasmissione e supporto di base di vari tipi di macchinari, adatti a scenari con velocità medie e basse e requisiti di precisione media e bassa

Macchinari generali: gli alberi di trasmissione delle pompe dell'acqua e dei ventilatori trasmettono la potenza del motore attraverso l'albero, facendo ruotare la girante.

Macchine edili: Alberi di supporto per escavatori e gru, motori idraulici di supporto, riduttori e altri componenti per mantenere la stabilità del movimento;

Apparecchiature di trasmissione: alberi di trasmissione di trasportatori a nastro e a catena, che trasmettono potenza e supportano il funzionamento del nastro trasportatore.

Nel settore degli elettrodomestici: gli alberi di trasmissione nelle lavatrici e nei compressori dei condizionatori vengono utilizzati per la trasmissione di potenza e il supporto dei componenti.

In tali scenari, l'albero non richiede una rotazione ad alta velocità o un posizionamento ad alta precisione. I requisiti principali sono una trasmissione affidabile della coppia e componenti di supporto stabili. Il rapporto costo-efficacia e la compatibilità sono i fattori chiave nella scelta.

2. Scenari applicativi tipici del mandrino

Mandrino e riduttore epicicloidale Il mandrino viene utilizzato principalmente in scenari di trasmissione o lavorazione ad alta velocità e alta precisione, con requisiti estremamente elevati di precisione di rotazione, rigidità e stabilità.

Riduttore epicicloidale: in quanto componente principale della trasmissione, il mandrino del riduttore epicicloidale si innesta negli ingranaggi planetari durante la rotazione ad alta velocità, trasmettendo con precisione la coppia decelerata all'estremità di uscita per garantire l'efficienza della trasmissione e la precisione del riduttore.

Macchine utensili: i mandrini delle macchine utensili CNC e dei centri di lavoro azionano direttamente gli utensili da taglio per la lavorazione. La loro precisione di rotazione determina la tolleranza dimensionale e la qualità superficiale dei pezzi lavorati.

Nuove apparecchiature energetiche: l'albero principale dell'acceleratore della turbina eolica converte la rotazione a bassa velocità della turbina eolica nella rotazione ad alta velocità del generatore e deve mantenere un funzionamento ad alta precisione anche sotto carichi pesanti.

Trasmissione di precisione: i giunti del robot e il mandrino del servomotore garantiscono una trasmissione di potenza e un controllo dell'assetto ad alta precisione, consentendo al robot di completare movimenti complessi.

Iv. Considerazioni fondamentali per la selezione e la manutenzione

1. Principi di selezione

Se i requisiti sono la trasmissione di potenza a media e bassa velocità e il supporto dei componenti, e i requisiti di precisione non sono elevati, è preferibile l'albero o l'albero di supporto, e il materiale e le dimensioni devono essere selezionati in base alle dimensioni del carico.

Se sono coinvolte rotazioni ad alta velocità e trasmissioni ad alta precisione (ad esempio riduttori epicicloidali, lavorazioni con macchine utensili), è necessario scegliere un mandrino o un mandrino con riduttore epicicloidale, con particolare attenzione alla precisione di rotazione, alla rigidità e all'adattabilità della velocità.

Nella scelta della tipologia, è necessario tenere conto delle condizioni di lavoro dell'attrezzatura. Ad esempio, in situazioni di carico elevato, è necessario aumentare la resistenza dell'albero, mentre in situazioni di alta velocità, è necessario ottimizzare lo smorzamento delle vibrazioni e la dissipazione del calore del mandrino.

2. Punti di manutenzione

Manutenzione dell'albero: ispezionare regolarmente l'usura e la deformazione dell'albero, sostituire tempestivamente i cuscinetti e le guarnizioni usurati, garantire una lubrificazione adeguata ed evitare danni causati dall'attrito a secco.

Manutenzione del mandrino: il mandrino del riduttore epicicloidale richiede il rilevamento regolare della precisione di rotazione e dei valori di vibrazione, la sostituzione del grasso lubrificante dedicato e la pulizia dei canali di raffreddamento per evitare che le prestazioni vengano compromesse dal surriscaldamento o da una scarsa lubrificazione durante la rotazione ad alta velocità.

Entrambi i tipi di componenti devono essere sottoposti a un funzionamento in condizioni di sovraccarico e a una calibrazione di precisione regolare per prolungarne la durata utile.

Riepilogo

Sebbene sia l'albero che il mandrino appartengano a componenti di albero, differiscono significativamente in termini di definizione, struttura, processo e scenari applicativi: l'albero si concentra sulla trasmissione di potenza a media e bassa velocità, media e bassa precisione e sul supporto, e l'albero di supporto ne è il tipico rappresentante. Il mandrino si concentra su azionamenti ad alta velocità e alta precisione, mentre il mandrino con riduttore epicicloidale dimostra il suo valore fondamentale nella trasmissione di precisione. Chiarire le differenze tra i due può aiutare le aziende a effettuare selezioni precise, ottimizzare le prestazioni delle apparecchiature e ridurre i costi di manutenzione. Sullo sfondo del rapido sviluppo dell'automazione industriale e della produzione di precisione, la tendenza alla specializzazione e all'alta precisione per i due tipi di componenti diventerà più pronunciata, fornendo costantemente supporto per una produzione efficiente in vari settori.