SchachtenAssen zijn essentiële onderdelen in mechanische systemen. Ze vormen de ruggengraat die alle transmissie-elementen ondersteunt en tegelijkertijd koppel overbrengt en buigmomenten opvangt. Bij het ontwerp van een as moet niet alleen rekening worden gehouden met de individuele eigenschappen, maar ook met de integratie ervan in de algehele structuur van het assysteem. Afhankelijk van het type belasting tijdens beweging en krachtoverbrenging, kunnen assen worden onderverdeeld in spindels, aandrijfassen en roterende assen. Ook kunnen ze, op basis van hun asvorm, worden geclassificeerd in rechte assen, excentrische assen, krukassen en flexibele assen.
Spindels
1. Vaste spindel
Dit type spindel is alleen onderhevig aan buigmomenten wanneer het stationair blijft. De eenvoudige constructie en goede stijfheid maken het ideaal voor toepassingen zoals fietsassen.
2. Draaiende spindel
In tegenstelling tot vaste assen, ondergaan roterende assen ook buigmomenten tijdens de beweging. Ze worden vaak aangetroffen in assen van treinwielen.
Aandrijfas
Aandrijfassen zijn ontworpen om koppel over te brengen en zijn doorgaans langer vanwege de hoge rotatiesnelheden. Om ernstige trillingen door centrifugale krachten te voorkomen, is de massa van de aandrijfas gelijkmatig verdeeld over de omtrek. Moderne aandrijfassen hebben vaak een holle constructie, waardoor ze hogere kritische snelheden bereiken dan massieve assen. Dit maakt ze veiliger en materiaalzuiniger. Zo worden aandrijfassen in auto's meestal gemaakt van gelijkmatig dikke stalen platen, terwijl aandrijfassen in zware voertuigen vaak gebruikmaken van naadloze stalen buizen.
Draaiende as
Roterende assen zijn uniek omdat ze zowel buig- als torsiekrachten kunnen weerstaan, waardoor ze een van de meest voorkomende onderdelen in mechanische apparatuur zijn.
Rechte as
Rechte assen hebben een lineaire as en kunnen worden onderverdeeld in optische en getrapte assen. Rechte assen zijn doorgaans massief, maar kunnen hol worden uitgevoerd om het gewicht te verminderen met behoud van stijfheid en torsiestabiliteit.
1. Optische schacht
Deze assen zijn eenvoudig van vorm en makkelijk te produceren, en worden voornamelijk gebruikt voor transmissies.
2. Getrapte schacht
Een as met een getrapte lengtedoorsnede wordt een getrapte as genoemd. Dit ontwerp vergemakkelijkt de installatie en positionering van componenten, wat leidt tot een efficiëntere lastverdeling. Hoewel de vorm lijkt op die van een balk met een uniforme sterkte, kent de as meerdere spanningsconcentratiepunten. Dankzij deze eigenschappen worden getrapte assen veelvuldig gebruikt in diverse transmissietoepassingen.
3. Nokkenas
De nokkenas is een cruciaal onderdeel van zuigermotoren. In viertaktmotoren draait de nokkenas doorgaans met de helft van de snelheid van de krukas, maar behoudt desondanks een hoge rotatiesnelheid en moet een aanzienlijk koppel kunnen weerstaan. Daarom stelt het ontwerp van de nokkenas strenge eisen aan de sterkte en draagkracht ervan.
Nokkenassen worden meestal gemaakt van speciaal gietijzer, hoewel sommige ook van gesmeed materiaal worden vervaardigd voor een grotere duurzaamheid. Het ontwerp van de nokkenas speelt een cruciale rol in de algehele motorarchitectuur.
4. Spline-as
Spline-assen danken hun naam aan hun kenmerkende uiterlijk, met een langwerpige spiebaan op hun oppervlak. Deze spiebanen zorgen ervoor dat roterende componenten die op de as zijn gemonteerd, synchroon kunnen draaien. Naast deze rotatiemogelijkheid maken spline-assen ook axiale beweging mogelijk, waarbij sommige uitvoeringen betrouwbare vergrendelingsmechanismen bevatten voor toepassingen in rem- en stuursystemen.
Een andere variant is de telescopische as, die bestaat uit een binnen- en een buitenbuis. De buitenbuis heeft inwendige tanden, terwijl de binnenbuis uitwendige tanden heeft, waardoor ze naadloos in elkaar passen. Dit ontwerp brengt niet alleen rotatiekoppel over, maar biedt ook de mogelijkheid om in lengte te verlengen en te verkorten, waardoor het ideaal is voor gebruik in schakelmechanismen van transmissies.
5. Tandwielas
Wanneer de afstand van de tandvoet van een tandwiel tot de onderkant van de spiebaan minimaal is, vormen het tandwiel en de as één geheel, de zogenaamde tandwielas. Dit mechanische onderdeel ondersteunt roterende delen en werkt ermee samen om beweging, koppel of buigmomenten over te brengen.
6. Wormas
Een wormas is doorgaans geconstrueerd als één geheel waarin zowel de worm als de as zijn geïntegreerd.
7. Holle schacht
Een as met een holle kern wordt een holle as genoemd. Bij het overbrengen van koppel ondervindt de buitenste laag van een holle as de hoogste schuifspanning, waardoor materialen efficiënter worden gebruikt. Onder omstandigheden waarbij het buigmoment van holle en massieve assen gelijk is, zorgen holle assen voor een aanzienlijk lager gewicht zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties.
Krukas
Een krukas is een cruciaal onderdeel van een motor, meestal gemaakt van koolstofstaal of nodulair gietijzer. Hij bestaat uit twee belangrijke delen: de hoofdlagertap en de drijfstanglagertap. De hoofdlagertap is gemonteerd op het motorblok, terwijl de drijfstanglagertap is verbonden met het grote uiteinde van de drijfstang. Het kleine uiteinde van de drijfstang is verbonden met de zuiger in de cilinder, waardoor een klassiek krukas-schuifmechanisme ontstaat.
Excentrische as
Een excentrische as is een as waarvan de as niet in het midden ligt. In tegenstelling tot gewone assen, die voornamelijk de rotatie van componenten mogelijk maken, kunnen excentrische assen zowel rotatie als omwenteling overbrengen. Om de hartafstand tussen assen aan te passen, worden excentrische assen vaak gebruikt in vlakke koppelingsmechanismen, zoals V-riemaandrijvingen.
Flexibele as
Flexibele assen zijn primair ontworpen om koppel en beweging over te brengen. Dankzij hun aanzienlijk lagere buigstijfheid in vergelijking met hun torsiestijfheid kunnen flexibele assen gemakkelijk om diverse obstakels heen manoeuvreren, waardoor transmissie over lange afstanden tussen de aandrijfkrachtbron en de werkende machine mogelijk is.
Deze assen maken de overdracht van beweging tussen twee assen met relatieve beweging mogelijk zonder dat er extra tussenliggende transmissie-elementen nodig zijn, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen over lange afstanden. Hun eenvoudige ontwerp en lage kosten dragen bij aan hun populariteit in diverse mechanische systemen. Bovendien helpen flexibele assen schokken en trillingen te absorberen, wat de algehele prestaties verbetert.
Veelvoorkomende toepassingen zijn onder andere handgereedschap, bepaalde transmissiesystemen in werktuigmachines, kilometertellers en apparaten voor afstandsbediening.
1. Flexibele as van het krachttype
Flexibele aandrijfassen hebben een vaste verbinding aan het uiteinde van de flexibele as, voorzien van een schuifhuls in de slangkoppeling. Deze assen zijn primair ontworpen voor koppeloverdracht. Een fundamentele vereiste voor flexibele aandrijfassen is voldoende torsiestijfheid. Doorgaans zijn deze assen voorzien van een anti-terugloopmechanisme om eenrichtingsverkeer te garanderen. De buitenlaag is gemaakt van een staaldraad met een grotere diameter en sommige uitvoeringen bevatten geen kernstang, wat zowel de slijtvastheid als de flexibiliteit verbetert.
2. Flexibele as met regelfunctie
Flexibele assen van het besturingstype zijn primair ontworpen voor het overbrengen van beweging. Het koppel dat ze overbrengen, wordt hoofdzakelijk gebruikt om het wrijvingskoppel te overwinnen dat ontstaat tussen de flexibele as en de slang. Naast een lage buigstijfheid moeten deze assen ook voldoende torsiestijfheid bezitten. In vergelijking met flexibele assen van het aandrijftype worden flexibele assen van het besturingstype gekenmerkt door hun structurele eigenschappen, waaronder de aanwezigheid van een kernstaaf, een groter aantal wikkelingslagen en kleinere draaddiameters.
Structuur van een flexibele as
Flexibele assen bestaan doorgaans uit meerdere onderdelen: een flexibele as van draad, een asverbinding, een slang en een slangverbinding.
1. Flexibele draadas
Een flexibele as van staaldraad, ook wel bekend als een flexibele as, is opgebouwd uit meerdere lagen staaldraad die samen zijn gewikkeld en een cirkelvormige doorsnede vormen. Elke laag bestaat uit meerdere draden die tegelijkertijd zijn gewikkeld, waardoor de structuur lijkt op die van een meerstrengs veer. De binnenste draadlaag is om een kernstang gewikkeld, waarbij de aangrenzende lagen in tegengestelde richting zijn gewikkeld. Dit ontwerp wordt veel gebruikt in landbouwmachines.
2. Flexibele asverbinding
De flexibele asverbinding is ontworpen om de aandrijfas met de werkende componenten te verbinden. Er zijn twee verbindingstypes: vast en schuifbaar. Het vaste type wordt doorgaans gebruikt voor kortere flexibele assen of in toepassingen waarbij de buigradius relatief constant blijft. Het schuifbare type wordt daarentegen gebruikt wanneer de buigradius tijdens bedrijf aanzienlijk varieert, waardoor de slang meer bewegingsruimte heeft om lengteveranderingen op te vangen wanneer de slang buigt.
3. Slang en slangkoppeling
De slang, ook wel beschermhuls genoemd, dient om de flexibele as te beschermen tegen contact met externe onderdelen, waardoor de veiligheid van de gebruiker wordt gewaarborgd. Daarnaast kan de slang smeermiddel opslaan en voorkomen dat er vuil in terechtkomt. Tijdens het gebruik biedt de slang ondersteuning, waardoor de flexibele as gemakkelijker te hanteren is. Opvallend is dat de slang niet meedraait met de flexibele as tijdens de transmissie, wat zorgt voor een soepele en efficiënte werking.
Inzicht in de verschillende typen en functies van assen is cruciaal voor ingenieurs en ontwerpers om optimale prestaties en betrouwbaarheid in mechanische systemen te garanderen. Door het juiste astype voor specifieke toepassingen te selecteren, kan men de efficiëntie en levensduur van machines verbeteren. Blijf op de hoogte voor meer informatie over mechanische componenten en hun toepassingen!
Geplaatst op: 15 oktober 2024
