Trục spline: Định nghĩa, phân loại và gia công

Trục spline là một thành phần cơ khí để truyền lực và chuyển động quay giữa hai thành phần, chẳng hạn như bánh răng và bánh xe. Sản xuất trục spline liên quan đến một số quy trình gia công, chẳng hạn như doa, phay, định hình...

Bài viết này thảo luận về trục spline, cách chúng hoạt động và các kỹ thuật gia công trục spline khác nhau hiện có. Bài viết cũng đề cập đến những ưu điểm của từng phương pháp và nêu bật việc sử dụng trục spline trong ngành công nghiệp ô tô.

Trục Spline là gì?

Thuật ngữ dùng để chỉ các rãnh hoặc gờ được thiết kế để khớp với các rãnh tương ứng trên bộ phận ghép nối, và “trục”, một thành phần hình trụ truyền lực và chuyển động quay từ bộ phận máy này sang bộ phận máy khác.

Trục khía rãnh có các khía bên trong hoặc bên ngoài dọc theo chiều dài của nó ăn khớp với thành phần ghép, tạo ra kết nối đáng tin cậy. Nó khớp với các rãnh trong thành phần ghép, dẫn đến truyền mô-men xoắn và căn chỉnh.

Độ chính xác của trục khía làm cho chúng trở nên có giá trị trong các ngành công nghiệp đòi hỏi truyền lực an toàn và hiệu quả. Ví dụ, trục khía kết nối hộp số với trục truyền động trong hộp số ô tô, đảm bảo truyền lực trơn tru từ động cơ đến bánh xe.

Chức năng của trục khía rãnh

Trục khía là bộ phận cơ khí cung cấp ba chức năng quan trọng trong hệ thống cơ khí: truyền mô-men xoắn, căn chỉnh và phân bổ tải.

Truyền mô men xoắn

Trục spline có thể truyền mô men xoắn cao hơn trục trơn do các spline liên kết với nhau, tạo ra diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn, đảm bảo truyền lực hiệu quả. Điều này rất quan trọng trong hệ thống truyền động ô tô, nơi mô men xoắn cao phải được truyền từ động cơ đến bánh xe.

Căn chỉnh và định vị

Việc kết nối trục với bộ phận ghép nối của nó dẫn đến sự căn chỉnh chính xác và giảm hao mòn. Do đó, hiệu suất và độ an toàn tốt hơn. Ví dụ, trong các hệ thống điều khiển máy bay, nó làm giảm độ rung và tiếng ồn và cải thiện hiệu suất hệ thống tổng thể.

Phân phối tải

Phân phối tải đều trên các rãnh giúp kéo dài tuổi thọ của trục và giảm hao mòn. Phân phối tải đều này trong máy móc công nghiệp đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị, giảm thời gian chết và chi phí bảo trì, đồng thời ngăn ngừa sự tập trung ứng suất cục bộ.

Các loại trục Spline

Trục spline có nhiều kiểu thiết kế khác nhau có thể ảnh hưởng đến việc truyền mô-men xoắn và căn chỉnh. Sau đây là ba loại trục spline phổ biến.

Spline thẳng

Các thanh răng thẳng hoặc song song truyền mô men xoắn giữa hai phần tử quay, chẳng hạn như trục và trục. Các cạnh song song của chúng tạo thành một mặt cắt ngang đồng đều dọc theo chiều dài thanh răng và chúng có một loạt các gờ (răng) và rãnh cách đều nhau dọc theo chu vi trục.

Các rãnh trên trục khớp với các gờ tương ứng trên trục, tạo ra một kết nối an toàn giúp truyền mô-men xoắn hiệu quả. Đặc điểm quan trọng của các rãnh có cạnh thẳng là các cạnh của gờ và rãnh song song, duy trì chiều rộng không đổi từ đáy đến đỉnh răng.

Spline thẳng được sử dụng trong máy móc nông nghiệp, kết nối trục truyền động với nhiều dụng cụ khác nhau. Tuy nhiên, phân phối tải của chúng kém hiệu quả hơn spline xoắn, khiến chúng ít phù hợp hơn cho các ứng dụng mô-men xoắn cao.

Sử dụng phổ biến của Spline thẳng

• Trục truyền lực trong máy kéo;
• Các khớp nối trong máy móc cơ bản;
• Trục truyền động trong máy cắt cỏ.

Ưu điểm

• Dễ sản xuất
• Hiệu quả về mặt chi phí cho sản xuất quy mô lớn;
• Thiết kế đơn giản phù hợp với các ứng dụng cơ bản.

Hạn chế

• Phân phối tải kém hiệu quả hơn;
• Không lý tưởng cho các ứng dụng có mô-men xoắn cao;
• Chỉ giới hạn ở môi trường ít căng thẳng.

Đường cong xoắn ốc

Các thanh răng xoắn có mặt cắt răng cong theo hình xoắn, nghĩa là các cạnh của răng không thẳng mà theo một đường cong hình học cụ thể. Thiết kế này cải thiện sự tiếp xúc giữa các bề mặt ghép, dẫn đến phân phối tải đều dọc theo mặt cắt răng. Hơn nữa, độ cong duy trì góc áp suất không đổi, tăng cường khả năng truyền mô-men xoắn của thanh răng.

Những cách sử dụng phổ biến

• Trục truyền động trong xe ô tô;
• Trục vào và ra của hộp số trong máy móc công nghiệp;
• Trục truyền động trong xe tải hạng nặng.

Ưu điểm

• Phân phối tải hiệu quả;
• Thích hợp cho các ứng dụng có mô-men xoắn cao;
• Giảm sự tập trung căng thẳng;
• Tăng cường tuổi thọ.

Hạn chế

• Phức tạp hơn và tốn kém hơn khi sản xuất;
• Yêu cầu gia công chính xác.

Spline răng cưa

Spline răng cưa bao gồm một loạt các răng góc ăn khớp với các rãnh tương ứng trên thành phần ghép. Các răng thường có hình tam giác hoặc hình răng cưa, tạo ra nhiều điểm tiếp xúc dọc theo bề mặt spline.

Thiết kế răng cưa làm tăng diện tích tiếp xúc và ma sát giữa rãnh và phần ghép, giúp kết nối an toàn và chống trượt. Do đó, chúng được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bám chắc và chống trượt, chẳng hạn như khớp cơ khí, thiết bị kẹp và hệ thống truyền động ô tô.

Công dụng phổ biến

• Các bộ phận truyền động mô-men xoắn cao trong xe hiệu suất cao;
• Cơ chế điều khiển trong ứng dụng hàng không vũ trụ;
• Hệ thống truyền động trong xe quân sự.

Ưu điểm

• Độ bám và khả năng chống ma sát tuyệt vời;
• Thích hợp cho các ứng dụng căn chỉnh chính xác và mô-men xoắn cao;
• Mức độ kiểm soát chuyển động cao.

Hạn chế

• Phức tạp và tốn thời gian để sản xuất;
• Cần có công cụ và máy móc chuyên dụng;
• Chi phí sản xuất cao hơn.

Các quy trình gia công trục khía khác nhau

Gia công trục khía bao gồm một số quy trình, mỗi quy trình có những ưu điểm và hạn chế riêng. Ở đây, chúng tôi thảo luận về bốn kỹ thuật chính: doa, phay, định hình

Gia công

Chuốt liên quan đến việc sử dụng một công cụ cắt dài, nhiều răng (chuốt) để loại bỏ vật liệu khỏi phôi trong một lần gia công. Nó phù hợp để gia công các rãnh bên trong và bên ngoài và có thể đạt được độ hoàn thiện chính xác và mịn.

Có hai loại doa chính: doa tuyến tính và doa quay. Doa tuyến tính liên quan đến doa di chuyển tuyến tính so với phôi, làm cho nó phù hợp với các rãnh bên trong. Ngược lại, doa quay liên quan đến doa quay khi nó được ép vào phôi để tạo ra các rãnh bên ngoài.

Lợi ích

• Gia công bằng phương pháp doa có thể đạt được độ dung sai chặt chẽ và bề mặt hoàn thiện chất lượng cao;
• Nó đảm bảo sự vừa vặn và chức năng thích hợp của trục khía;
• Gia công thô có thể tạo ra các rãnh ở bên trong hoặc bên ngoài trục;
• Thích hợp cho sản xuất hàng loạt trục khía.

Hạn chế

• Chi phí ban đầu của máy và dụng cụ doa có thể cao, khiến chúng không phù hợp với sản xuất quy mô nhỏ;
• Gia công bằng phương pháp Doa có tính linh hoạt hạn chế vì nó chỉ có thể tạo ra các đường cong có hình dạng cụ thể;
• Không nên sử dụng phương pháp doa để gia công các vật liệu cứng vì nó có thể làm dụng cụ bị mài mòn quá mức.

Phay rãnh

Phay rãnh là một quy trình gia công trục khía khác đặc biệt hiệu quả để tạo ra các khía ngoài. Quy trình này bao gồm sử dụng máy phay rãnh chuyên dụng và dụng cụ cắt hình trụ (phay rãnh) có răng xoắn ốc để cắt hình khía.

Bắt đầu bằng việc cố định phôi trên máy phay và căn chỉnh lưỡi phay. Thiết lập các thông số máy như tốc độ, tốc độ nạp liệu và độ sâu cắt dựa trên vật liệu và hình dạng rãnh mong muốn. Sau đó, đưa lưỡi phay đến phôi đang quay để bắt đầu quá trình cắt, bao gồm các răng xoắn ốc của lưỡi phay loại bỏ vật liệu khỏi phôi để tạo thành hình dạng rãnh.

Lợi ích

• Phay tạo ra các hình dạng rãnh có độ chính xác cao đảm bảo vừa vặn và hoạt động tốt;
• Được ưa chuộng để gia công các rãnh bên ngoài;
• Tương đối nhanh, cho phép đạt được tốc độ sản xuất cao;
• Bề mặt hoàn thiện tuyệt vời.

Hạn chế

• Phay rãnh chỉ giới hạn ở việc tạo ra các rãnh bên ngoài;
• Phương pháp này kém hiệu quả hơn khi tạo ra các đường cong cực nhỏ hoặc cực lớn;
• Việc thiết lập ban đầu máy phay và các dụng cụ có thể phức tạp và tốn thời gian.

Định hình

Định hình là một kỹ thuật gia công truyền thống để tạo ra các trục khía. Nó sử dụng một công cụ cắt một điểm để loại bỏ vật liệu khỏi phôi theo từng lớp. Quá trình này bao gồm việc công cụ cắt di chuyển theo đường thẳng so với phôi cố định, làm cho nó phù hợp để chế tạo các khía bên trong.

Quá trình định hình bắt đầu bằng cách cố định phôi và sử dụng công cụ cắt một điểm để cắt phôi để tạo ra hình dạng rãnh mong muốn. Công cụ này phù hợp để tạo các rãnh bên trong phức tạp và chính xác.

Lợi ích

• Việc định hình có thể tạo ra các rãnh bên trong chính xác cần thiết trong máy móc phức tạp;
• Quá trình này được thiết lập đơn giản và cho phép điều chỉnh dễ dàng;
• Việc định hình có hiệu quả về mặt chi phí đối với các đợt sản xuất số lượng nhỏ.

Những hạn chế

• Việc định hình thường chậm hơn các phương pháp gia công khác, khiến nó ít phù hợp với sản xuất khối lượng lớn;
• Nó bị giới hạn ở các spline bên trong;
• Các dụng cụ cắt dùng để định hình có thể bị mòn nhanh hơn.

Phay

Phay là một kỹ thuật gia công CNC cốt lõi sử dụng dao cắt quay để định hình phôi phù hợp để cắt rãnh, đặc biệt là rãnh xoắn. ​​Máy phay CNC có thể xử lý tốt hình dạng rãnh phức tạp và duy trì dung sai chặt chẽ.

Tùy thuộc vào hình dạng và vật liệu của spline cụ thể, quy trình phay thường sử dụng máy phay xoắn ốc hoặc máy phay đầu. Trong quá trình phay, dao cắt quay di chuyển dọc theo nhiều trục để loại bỏ vật liệu khỏi phôi, cắt chính xác hình dạng spline.

Lợi ích

• Quá trình này có thể tạo ra cả các spline bên trong và bên ngoài;
• Máy phay CNC có thể đạt được dung sai rất chặt chẽ và độ chính xác cao;
• Phay thích hợp cho việc tạo mẫu và sản xuất số lượng nhỏ.

Hạn chế

• Phay có thể tốn kém hơn các phương pháp gia công khác;
• Quá trình này đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao để đảm bảo độ chính xác và chất lượng;
• Phay thường chậm hơn so với doa khi sản xuất hàng loạt.

Cân nhắc về vật liệu để sản xuất trục Spline:

Việc lựa chọn vật liệu để sản xuất trục phụ thuộc vào ứng dụng và quy trình gia công. Các yếu tố như độ bền, khả năng chống ăn mòn, đặc tính mài mòn và chi phí là rất quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu.

Hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm cung cấp cho trục spline tỷ lệ sức bền trên trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn và độ bền, đảm bảo chúng hoạt động tốt mà không tăng thêm trọng lượng không cần thiết. Điều này đặc biệt có lợi trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, nơi giảm trọng lượng giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu và hiệu suất tổng thể.

Ngoài ra, tính dễ uốn của hợp kim nhôm cho phép gia công chính xác, phù hợp với các thiết kế khía cạnh phức tạp và chi tiết.

Thép không gỉ

Trục spline làm từ thép không gỉ được hưởng lợi từ khả năng chống ăn mòn và độ bền của vật liệu. Những đặc tính này đảm bảo độ bền và độ tin cậy của trục, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt. Khả năng chống mài mòn của thép không gỉ khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng chế biến hóa chất và hàng hải, nơi tiếp xúc với các yếu tố ăn mòn là một thách thức liên tục.

Thép Cacbon

Thép cacbon cung cấp cho trục spline độ bền và khả năng uốn, cần thiết cho các thiết kế phức tạp. Độ bền và khả năng gia công của nó làm cho nó phù hợp với các ứng dụng chịu tải và ứng suất cao, chẳng hạn như máy móc hạng nặng và ngành công nghiệp ô tô. Hiệu quả về chi phí của thép cacbon càng làm tăng thêm sức hấp dẫn của nó đối với nhiều mục đích sử dụng trong công nghiệp và ô tô, mang lại sự chắc chắn mà không có mức giá cao.

Thép hợp kim

Thép hợp kim, đặc biệt là thép có crom và molypden, tăng cường trục spline với độ bền và khả năng chống mài mòn vượt trội. Những vật liệu này có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt tốt hơn thép tiêu chuẩn, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao. Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao của thép hợp kim đặc biệt có lợi cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và quốc phòng.

Xử lý nhiệt trục khía và tác dụng của nó

Các kỹ thuật xử lý nhiệt như tôi, ram, thấm cacbon và thấm nitơ rất cần thiết trong gia công trục khía kim loại vì chúng ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cơ học và hiệu suất của chúng.

Làm nguội và tôi luyện

Làm nguội bao gồm việc nung nóng vật liệu đến nhiệt độ cao rồi làm nguội nhanh trong môi trường làm nguội như nước, dầu hoặc không khí. Quá trình làm nguội nhanh này làm biến đổi cấu trúc vi mô của kim loại, tăng độ cứng và độ bền. Tuy nhiên, nó có thể dẫn đến giòn, đòi hỏi phải tôi luyện.

Làm nguội bao gồm việc nung nóng và làm nguội vật liệu sau khi tôi ở nhiệt độ thấp hơn. Điều này làm giảm độ giòn và duy trì độ cứng và độ bền được tăng cường.

Làm nguội và tôi luyện thích hợp cho các trục khía tiếp xúc với ma sát và tiếp xúc liên tục. Độ bền tăng lên cho phép trục chịu được mô-men xoắn và tải trọng cao hơn mà không bị biến dạng hoặc hỏng hóc.

Thấm cacbon

Thấm cacbon liên quan đến việc nung nóng kim loại trong môi trường giàu cacbon, cho phép các nguyên tử cacbon khuếch tán vào bề mặt. Mặt khác, thấm nitơ liên quan đến việc nung nóng kim loại trong môi trường giàu nitơ. Tác động của chúng lên trục spline bao gồm duy trì độ chính xác về kích thước và hiệu suất trong thời gian dài và giảm ứng suất bên trong.

Trục khía trong ngành công nghiệp ô tô

Trục khía và bu lông, ốc vít ô tô là các thành phần cho phép truyền lực trơn tru, căn chỉnh chính xác và vận hành hiệu quả nhiều hệ thống ô tô khác nhau. Chúng áp dụng cho hệ thống truyền động, lái và vi sai.

Về cơ bản, trục khía được sử dụng trong hệ thống truyền động ô tô vì chúng cung cấp kết nối đáng tin cậy giữa hộp số và trục truyền động. Các lợi ích bao gồm truyền lực hiệu quả do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn so với trục có chốt và tải mô-men xoắn cao hơn. Hơn nữa, các trục này duy trì sự liên kết và đồng tâm giữa hộp số và trục truyền động, giảm rung động và mài mòn.

Trục khía cũng quan trọng trong hệ thống lái ô tô, đảm bảo kết nối an toàn và đáng tin cậy giữa vô lăng và cơ cấu lái. Ngoài ra, trong hệ thống vi sai, chúng kết nối các bánh răng vi sai với trục trục, truyền mô-men xoắn đến các bánh xe.

Tùy chỉnh các bộ phận trục của bạn tại Dachi

Tùy chỉnh trục khía rãnh tại Dachi để đáp ứng nhu cầu của bạn với độ chính xác và độ tin cậy. Các quy trình gia công cơ khí chính xác tiên tiến của chúng tôi cho phép chúng tôi tạo ra các bộ phận trục chính xác cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Tại Dachi, chúng tôi cung cấp nhiều loại kim loại để gia công, chẳng hạn như thép không gỉ, thép cacbon và hợp kim nhôm, đồng thời cung cấp các tùy chọn xử lý nhiệt để tăng độ bền và hiệu suất của trục của bạn. Đảm bảo sản xuất chất lượng hàng đầu, hãy tin tưởng Dachi cho các giải pháp bộ phận gia công tùy chỉnh của bạn .