شفت یا شافت (Shaft)

شفت یا شافت (Shaft)

آیا تا به حال کلمه شافت را شنیده اید؟ شفت یا شافت (Shaft) انواع مختلفی دارد که هر کدام از آنها کاربرد و ویژگی های خاص خودشان را دارند. در این بخش می خواهیم انواع شفت، جنس شفت، ویژگی های شفت و غیره را مورد بررسی قرار دهیم پس با ما همراه باشید.

شافت یا شفت چیست؟

شافت یک عضو فولادی می باشد که حرکت دورانی رفت و برگشتی دارد و برای انتقال گشتاور و نیرو استفاده می شود. این عضو تحت تاثیر تنش کششی، خمشی و پیچشی قرار دارد. شافت ها یکی از عناصر مکانیکی هستند که برای انتقال توان، گشتاور و چرخش بکار می‌روند. شفت ها از نظر ظاهری شبیه به یک میله می باشد که در اندازه های مختلف تولید میگردد. در واقع شفت ها همانند ریلی برای حرکت دورانی بلبرینگ ها و بطور کلی حرکت چرخشی برای انتقال نیرو از یک وسیله به وسیله دیگر عمل می‌کنند.

شافت ها باید بسیار سنگ خورده و دقیق باشند تا حرکت بلبرینگ بر روی آن ها راحت باشد. نکته بسیار مهم در مورد شفت ها میزان سخت کاری سطحی آن ها می باشد. اگر سطح یک شافت ساییده شده باشد، دقت و کیفیت حرکت بلبرینگ بر روی آن ها نیز کم خواهد شد. سختکاری سطحی را به این دلیل انجام می دهند که از سایش سطح شفت جلوگیری شود.

شافت ها معمولا به سه گروه مفصلی، قابل خمش و ثابت تقسیم می‌شوند. از شافت های ثابت برای سوار کردن کلاچ ها، چرخ دنده ها، دسته لنگها و چرخ تسمه ها استفاده می کنند. میل لنگ ها نیز جزو شافت های ثابت به شمار می روند. از این شفت ها برای تبدیل حرکت خطی به دورانی یا برعکس استفاده می کنند.

شافت های مفصلی میله هایی می باشند که از آن ها برای انتقال نیروی پیچشی بین دو شفت که در امتداد یکدیگر نیستند و زاویه های مختلفی دارند استفاده می شود. از شفت های مفصلی در موارد مختلفی از جمله ماشین فرز، ماشین حمل و نقل اتومبیل و ماشین های کشاورزی استفاده می کنند.

جنس این میلگرد ها از فولاد کربنی می باشد و برای اینکه کارایی شفت ها بهتر شود، آن ها را با لایه از کروم می پوشانند. این لایه ضد زنگ می باشد و سبب بهبود حرکت بلبرینگ بر روی شفت می شود. کیفیت شفت ها با توجه به کیفیت آلیاژ، کیفیت پوشش دهی میلگرد ها، کیفیت و میزان ماشین کاری و غیره مشخص می شود.

نکته مهمی که بر جنس شفت ها تاثیر گذار می‌باشد کاربرد آن ها می باشد. یعنی کاربرد هر شفت تعیین می کند که آن ها چه جنسی، چه میزان انعطاف پذیری و چه میزان مقاومتی داشته باشند. معمولا برای ساخت شافت ها از فولاد و همچنین آلیاژ های فولادی استفاده می کنند.

تعریف کوتاه شافت

شفت یا شافت در اصل جزء دوار هر ماشینی است که با مقطع گرد (دایروی) خود، برای انتقال نیرو از یک قسمت به قسمت دیگر یا از دستگاه تولید کننده نیرو به دستگاه جذب کننده نیرو مورد قرار می‌گیرد. برای انتقال نیرو، یک سر شفت به منبع تغذیه و سر دیگر شفت به دستگاه متصل می‌شود. شفت می‌تواند با توجه به نیاز تو پُر یا توخالی باشد. یکی از قطعات ضروری هر ماشینی است. زیرا بدون شفت، دستگاه توان انتقال نیرو را نخواهد داشت.

پولی و چرخدنده ها معمولاً روی شفت ها قرار می‌گیرند که به انتقال حرکت و نیرو کمک می‌کند. نه تنها پولی و چرخدنده بلکه بسیاری از عناصر دورانی دیگر مانند فلایویل، کلاچ، چرخدنده زنجیر و … نیز می توانند با کمک یک خار بر روی شفت نصب شوند.  از طرف دیگر، یک شفت ممکن است به سادگی از طریق یک کوپلینگ به شفت دیگری متصل شود.

هندسه شکلی شفت بر اساس کاربرد متفاوت است. گاهی مستقیم با قطر یکسان و گاهی پلکانی است. شفت های مستقیم با مکمل قرار دادن یاتاقان ها به عنوان تکیه‌گاه برای انتقال نیرو بکار می‌روند.

شفت های پلکانی برای نصب چرخ دنده ها یا هوزینگ (هاب های) در جهت برای انتقال نیرو هستند. با هر پله، قطر پلکان با طول تغییر می‌کند.

بسته به هندسه و کاربرد شفت ها، با توجه به نیروهای اعمالی، شافت ها تحت تنش خمشی و پیچشی قرار می گیرند.

انواع شفت

به طور کلی شافت ها انواع مختلفی دارند که می توان به شفت توخالی، شفت توپر، شفت انتقال، شفت اکسل، شفت اسپیندل، شفت هارد کروم معمولی، شفت پایه دار، شفت ثابت و مفصلی اشاره نمود. انتخاب انواع شفت به نیروی مورد نیاز، وزن، جنس، قیمت و نوع کاربرد آن بستگی دارد. در ادامه می خواهیم انواع شفت را مورد بررسی قرار دهیم:

شافت توخالی و توپر:

• شفت توپر(Solid Shaft):

این نوع از شفت ها جزو معروفترین شافت ها هستند. همه‌ ما با کمی دقت در وسایلی که روزانه با آن‌ها سرکار داریم، می‌توانیم این نوع شفت‌ها را در لوازم خانگی در ساختار موتور پنکه‌ها، موتور دستگاه‌های آسیاب دید. گرده هایی با قطرهای مختلف در طول های عموما 6 متری که بر حسب نیاز در قطرهای مختلف تراش‌ خورده‌اند.

• شفت توخالی(Hollow Shaft):

امروزه با پیشرفته شدن محاسبات از مدل شفت ‌‌های توخالی یا هالوشفت ‌ها می‌توان در کاربردهای گسترده‌‌تری استفاده کرد؛ ساختمان ظاهری این مدل از شفت‌ها در مقایسه با شفت توپر، خالی می‌باشد. این امر ویژگی‌های مهمی را که در ادامه بیان شده‌اند، پدید خواهد آورد. همچنین اینرسی شافت های تو خالی بسیار کمتر از نوع تو پر می باشد.

شافت های توخالی، فضای بهره‌ برداری بیشتری را برای طراحان فراهم می‌کنند، به عبارتی دقیق ‌تر در پی این توخالی شدن شافت، یک کانالی در داخل آن ایجاد می‌شود که می‌توان از آن برای طراحی‌های بهتر و دقیق ‌تر بهره‌ برد.

شفت های توخالی نسبت به نوع توپر آن گشتاور بیشتری را منتقل می کنند. در حقیقت شافت هایی که تو خالی هستند، نیروی بیشتری نسبت به شفت های تو پر منتقل نخواهند کرد اما میزان نیرو نسبت به وزن در آن ها بیشتر خواهد بود. شفت های توپر در برابر خم شدن مقاومت بیشتری دارند. توجه داشته باشید که تولید و ساخت شفت های توخالی بسیار سخت تر و پر هزینه تر از تولید و ساخت شفت های توپر می باشد.

در انواع پهپادها و هواپیماهای بدون سرنشین مثل کوادکوپترها و هگزاکوپترها با توجه به نوع کاربرد و قدرتی که از پرنده انتظار می‌رود، در سیستم ساختاری  موتور، توانایی استفاده از هر کدام از این دو نوع شفت را دارا می‌باشیم.

تجهیزات پزشکی، مخصوصا ارتوپدی، در ساختار موتورهای دریل‌های ارتوپدی؛ از موتور با شفت توخالی (Hollow Shaft) استفاده می‌شود. طراحی این تجهیزات در موتور دریل‌های ارتوپدی به شکلی نمود پیدا کرده‌ است تا با هالوشفت شدن شفت مربوطه موتور، کانالی ایجاد شود که بتوان از این کانال و فضای ایجاد شده برای تجهیز کردن هرچه بهتر دریل‌های ارتوپدی بهره برد.

شافت انتقال:

این نوع از انواع شفت های فولادی، شفت انتقالی می باشد که از آن برای انتقال توان از یک منبع به نیرو های جذب ماشین دیگری استفاده می کنند. وجود پلکان و کاهش و افزایش قطر برای نصب تجهیزات انتقال نیرو بر روی این شفت الزامی است. در قسمت های پلکانی چرخ دنده، پولی یا توپی برای انتقال حرکت نصب می شود. برای مثال می توان به شفت های خط، شفت های سربالا، کلیه شفت های کارخانه و شفت های پیشخوان اشاره نمود.

شافت اکسل:

این نوع شافت ها از عنصر های چرخشی مانند یاتاقان پشتیبانی خواهند کرد. شفت اکسل می تواند با یاتاقان در محفظه قرار گیرد، اما محور عنصر غیر چرخشی می باشد. این شفت ها بیشتر در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال در محور در اتومبیل ها مورد استفاده قرار می گیرد.

شافت اسپیندل:

این شافت ها در بخش چرخان دستگاه قرار می گیرند و فضای کاری یا ابزار را نگه می دارند. این نوع شافت ها، شفت های کوتاهی می باشند و در بخش ماشین آلات استفاده می شوند. به عنوان مثال در دوک دستگاه تراش مورد استفاده قرار می گیرند.

شافت ماشین:

این شفت ها داخل قسمتی از مجموعه یا ماشین ها هستند و جزء لاینفک ماشین هستند، مانند میل لنگ در موتور خودرو یک شفت ماشین است.

تقسیم بندی دیگر شفت ها:

به صورت کلی شفت ها به دو نوع طبقه بندی می شوند:

شافت ثابت:

از این نوع شافت ها در چرخ دنده ها، چرخ تسمه ها، کلچ ها و دسته لنگ‌ها استفاده می‌شود. میل لنگ ها نیز جزو این دسته از شافت ها به حساب می آیند. از این نوع شفت ها برای تبدیل کردن حرکت خطی به دورانی و بالعکس استفاده می کنند.

شافت مفصلی:

نوعی دیگر از انواع شفت ها، شفت های مفصلی هستند. این نوع شفت ها میله های فولادی می باشند که در امتداد زاویه دار هستند. وظیفه اصلی و مهم این شفت ها در ابزار مکانیکی، انتقال نیروی پیچشی بین دو شفت که در یک امتداد نیستند می باشد. در اکثر موارد برای ساخت ماشین های فرز، ماشین های کشاورزی، ماشین های حمل و نقل و اتومبیل ها از این نوع شفت استفاده می کنند. برای این که شفت های مفصلی تنظیم شوند باید زوایای دو مفصل با یکدیگر برابر و مساوی باشند.

ویژگی های یک شفت فولادی (مزایا و معایب)

در قسمت بالا با انواع شفت آشنا شدیم حال می خواهیم ویژگی های شفت فولادی و مزایا و معایب آن ها را مورد بررسی قرار دهیم پس با ما همراه باشید.

مزایای شفت

• گیر کردن (گیرپاچ) سیستم های شافت احتمال کمتری دارد.
• ممان اینرسی قطبی بالایی دارند.
• قدرت پیچش بالایی دارند.
• احتمال شکست آن ها کم می باشد و بسیار مقاوم و قوی هستند.
• در محور های توخالی با توجه به اینکه شکل داخلی آن ها تو خالی می باشد، به همین دلیل مواد مورد نیاز آن کمتر می باشد.
• شافت های توخالی وزن کمتری نسبت به شافت های جامد دارند و برای انتقال گشتاور یکسان می باشد.
• نگهداری و تعمیر کمتری نسبت به سیستم های زنجیره ای لازم دارد

معایب شافت

• کوپلینگ شل عاملی است که شفت ها، توان خود را از دست بدهند.
• شافت ها در زمان چرخش می توانند ارتعاش نمایند.
• شفت ها صدای ثابتی را تولید می کنند.
• هزینه ساخت و نگهداری بالایی دارند.
• فرایند تولید آن ها بعضا سخت و دشوار می باشد.
• طول مدت توقف با توجه به مشکلات مکانیکی طولانی می باشد.
• با توجه به استفاده از کوپلینگ هایی که انعطاف پذیر هستند مانند کوپلینگ های فنر برگ، موجب کاهش سرعت در بین شافت ها می شود.
• تغییر سرعت شافت ها آسان نیست.
• اگر شفت ها خراب شوند، برای تعمیر آن مدت زمان زیادی لازم است.

انواع جنس شفت فولادی

ماده ای که برای ساخت شافت های فولادی استفاده می شود فولاد نرم می باشد. اگر بخواهند استحکام و مقاومت آن ها را بالا ببرند از فولاد آلیاژی همانند نیکل کروم، نیکل و یا فولاد کروم وانادیوم استفاده می کنند. شافت ها معمولا با نورد گرم تشکیل می شوند و با ماشینکاری و تراشکاری به اندازه، کامل خواهند شد.

شفت ها باید ویژگی های زیر را دارا باشند:

• استحکام و مقاومت بالایی داشته باشند.
• مکانیزاسیون مناسبی داشته باشند.
• ضریب حساسیت کمی داشته باشند.
• خواص عملیات حرارتی مناسب و خوبی داشته باشند.
• مقاومت بالایی در برابر سایش داشته باشند.

انواع شفت های فولادی اکثرا با نورد گرم به ساخت و تولید می‌رسند و با نورد سرد، ماشینکاری و تراش‌کاری برای شکل گرفتن، آماده می شوند. شافت هایی که با نورد سخت تولید میشوند، استحکام و مقاومت بیشتری نسبت به شفت ها نورد گرم دارند. اما شفت های نورد سرد سبب تنش پسماند می شوند و در نهایت سبب تغییر شکل شافت در زمان ماشینکاری می شوند. تنش پسماند سبب تغییر شکل شفت ها در زمان عملکرد مکانیزم خواهد شد به خصوص زمانی که جای خار ها (keyway) یا شکاف ها بریده شوند. شفت هایی که قطر بیشتری دارند، آهنگری (فورج) می شوند تا با تراشکاری به شکل و فرم دلخواه درآیند.

آهنگری(فورج) برای ساخت شافت ها زمانی استفاده می شود که قطر شفت ها بزرگ باشد. بعد از نورد شافت ها برای اتمام کار قرار می گیرند، به صورتی که یک سر شافت در قسمت سه نظام (چاک) و طرف دیگر آن با مرغک (برجک) ماشین تراش پشتیبانی و ساپورت خواهد شد. از دیال گیج (هم محور کردن ماشینهای دوار و شفت) برای ارزیابی متمرکز بودن (لنگ نداشتن) شافت قبل از انجام ماشین کاری استفاده می شود. بسیاری از عملیات های مختلف همانند رو تراشی، پیشانی تراشی، تراشکاری، تراش مخروطی و شیار تراشی و غیره با توجه به نوع کاربری شفت انجام خواهد شد.

برنامه های دستگاه‌های cnc که در برنامه‌ریزی و تولید شفت میتوان از آنها استفاده کرد، مناسب ترین  حالت برای تراشکاری و پرداخت کاری انتهایی شفت ها هستند. می توان شفت را با دستگاه های چند محوره CNC تراشکاری کرد، به این صورت که شفت بین سه نظام ماشین کاری و مرغک نگه داشته می شود. برای رسیدن به گرد بودن و دایروی بودن، ابزار آلات چرخان دستگاه می‌بایست در خط مرکز و رو به روی یکدیگر باشند. شفت موتور های انتقال و محور ها اکثرا با استفاده از این فرایند ساخته می شوند.

شفت ها در کجا استفاده می شوند؟

شافت ها در تعداد بسیار زیادی از سیستم های مکانیکی مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، هم در کاربردهای صنعتی و هم در وسایلی که ممکن است در اطراف خانه پیدا کنید. برخی از رایج ترین کاربردها ومکان‌هایی که از شافت ها استفاده می شود عبارتند از:

• صنعت خودرو
• موتورها
• داخل گیربکس ها و اتصال گیربکس ها
• صنعت تولید ساعت
• صنعت کاغذ
• درایوهای پمپ
• کاربردهای راه آهن مانند لوکوموتیو و …
• انواع سیستم های نوار نقاله
• صنعت جرثقیل و بالابر

مود های شکست برای طراحی شفت

تنش هایی که در شفت ایجاد می شوند عبارتند از:

• تنش برشی که به دلیل انتقال گشتاور (گشتاور ناشی از بار پیچشی) ایجاد می شود.
• تنش های خمشی که ماهیت فشاری یا کششی دارند به دلیل نیروهایی که بر عناصر ماشین مانند پولی‌ها و چرخ دنده ها و ناشی از وزن خود محور، وارد می شود، ایجاد می شود.
• تنش ترکیبی ناشی از بارهای خمشی و پیچشی.

در طراحی شفت شما باید به حالت هایی که شافت دچار شکست می شود، توجه کافی را داشته باشید. این شکست ها عمدتا در قسمت هایی اعمال می شوند که یا پلکان وجود دارد یا لهیدگی هایی در قسمت های مختلف شافت ایجاد شده است. برخی از انواع شکست هایی که در طراحی به انها توجه می‌کنیم عبارتند از:

• شکست خستگی fatigue
• شکست با تغییر شکل الاستیک ناشی از نیرو
• شکست ناشی از سایش و لهیدگی

توجه به طراحی شفت

• فرم، انطباق و تلرانس ابعادی و هندسی
• متریال شفت و رفتار مواد انتخابی
• میزان انحراف شفت و صلبیت آن
• میزان استحکام و تنش شفت
• پاسخ فرکانس (رزونانس) و سرعت بحرانی

فرآیند طراحی شفت

• انتخاب مواد
• طراحی چیدمان تلرانس ابعادی و هندسی
• تنش و استحکام : 1- استحکام استاتیکی ؛ 2- استحکام خستگی ؛ 3- قابلیت اطمینان
• انحراف و سفتی: 1- انحراف خمشی؛ 2- انحراف پیچشی؛ 3- موقعیت یاتاقان و عناصر تکیه گاه شفت؛ 4- انحراف برشی ناشی از بارگذاری عرضی شفت های کوتاه
• ارتعاش به دلیل فرکانس طبیعی
• روش ساخت

اصول کلیدی طراحی شافت

در مرحله طراحی شفت، چند اصل مهم زیر باید توسط طراح محصول در نظر گرفته شود.

1. شفت را تا حد امکان کوتاه طراحی کنید و محل قرار گیری یاتاقان ها را تا حد امکان به محل اعمال بار نزدیک کنید. این باعث حفظ انحراف شفت و گشتاورهای خمشی و همچنین افزایش دامنه رزونانس (ارتعاش شافت) و سرعت بحرانی در شافت می‌شود.
2. نقاط تمرکز تنش شفت را دور از مناطق تحت تنش شفت (مناطق اعمال بارهای نقطه ای یا برداری) قرار دهید. افزایش شعاع فیلت، افزایش صافی سطح (کاهش زبری سطوح) وجلوگیری از تغییر شدید قطر؛ از عوامل موثر در کاهش تمرکز تنش در شافت هستند.
3. از شفت توخالی فقط در مواقعی استفاده کنید که وزن شافت و ماشین برای شما حساتی و ضروری است وگرنه شافت های توپُر کارآیی بهتر و عمر بالاتر و هزینه تولید پایین‌تری دارند.

شافت ها باید طوری طراحی شوند که انحرافات در حد قابل قبولی باشد. به عنوان مثال، انحراف کرنشی زیاد می‌تواند عملکرد چرخ دنده را کاهش دهد و باعث ایجاد صدا و لرزش شود. حداکثر انحراف مجاز یک شفت معمولاً با محدودیت های تعیین شده در سرعت بحرانی، حداقل انحرافات مورد نیاز برای عملکرد چرخ دنده و الزامات بلبرینگ تعیین می شود. به طور کلی، انحراف ها نباید باعث جدا شدن دندانه های چرخ دنده بیش از 0.13 میلی متر شوند و شیب محور چرخ دنده ها نباید از حدود 0.03 بیشتر شود. انحراف بخش ژورنال یک شفت در یک یاتاقان ساده باید در مقایسه با ضخامت لایه روغن کم باشد. انحراف پیچشی و جانبی هر دو به کاهش سرعت بحرانی کمک می کنند.

مراحل طراحی شافت

1. حداکثر سرعت چرخش شفت را تعیین کنید.
2. قدرت یا گشتاوری که باید توسط شفت انتقال داده شود را تعیین کنید.
3. ابعاد دستگاه های انتقال قدرت و سایر اجزای نصب شده بر روی شفت را تعیین کنید و مکان هایی را برای هر دستگاه مشخص کنید.
4. محل یاتاقان ها را به عنوان تکیه‌گاه شفت مشخص کنید.
5. یک فرم یا طرح کلی برای هندسه شفت با در نظر گرفتن نحوه قرارگیری هر جزء به صورت محوری و نحوه انتقال نیرو پیشنهاد کنید.
6. مقدار گشتاورها را در سرتاسر شفت تعیین کنید.
7. نیروهای وارد شده به شفت را تعیین کنید.
8. نمودارهای نیروی برشی و لنگر خمشی تولید کنید تا بتوان توزیع گشتاورهای خمشی در شفت را تعیین کرد.
9. یک ماده برای شفت انتخاب کنید و هرگونه تاثیر عملیات حرارتی و غیره را مشخص کنید.
10. مقدار تنش طراحی را متناسب با نوع بارگذاری (اعم از یکنواخت، فشاری، گسترده، ضربه ای، تکراری، معکوس، خستگی) محاسبه کنید.
11. تمام نقاط بحرانی روی شفت را تجزیه و تحلیل کنید و حداقل قطر قابل قبول را در هر نقطه برای اطمینان از طراحی ایمن بر اساس ضریب اطمینان تعیین کنید.
12. انحراف شفت را در مکان های بحرانی تعیین کنید و فرکانس های بحرانی را تخمین بزنید.
13. ابعاد نهایی شفت را مشخص کنید. این به بهترین وجه با استفاده از یک نقشه تولیدی دقیق با یک استاندارد شناخته شده به دست می آید و نقشه باید شامل تمام اطلاعات مورد نیاز برای اطمینان از کیفیت مطلوب باشد. به طور معمول، این شامل مشخصات مواد، ابعاد و تلورانس ها ابعادی و هندسی (دوطرفه، خروجی، داده ها، و غیره) ، پرداخت سطحی و زبری سطوح، عملیات حرارتی و روش های بازرسی است.
14. سرعت شفت برای کاربردهای مختلف.

سرعت شفت زدن به کاربرد این شفت ها بستگی دارد. در جدول زیر برخی از سرعت های رایج در کاربردهای مختلف آورده شده است.

فرآیندهای تولید شافت

قطعاتی که از لحاظ شکلی به صورت متقارن هستند و در چرخش با سرعت بالا حول محور خود، این تقارن را حفظ می‌کنند مانند شفت هایی که در ساختن وسایل نقلیه موتور دار، ساعت سازی و دیگر شاخه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد، از فرآیندهای تراشکاری و سنگ زنی برای زیری سطوح استفاده می‌کند. اما امروزه کانتور ها تراش، پیچیده تر از قبل هستند و توسط ترکیبی از فرایند ها تولید می‌شوند.

اگر بخواهیم یک نمونه را برای این امر مثال بزنیم می توانیم به کنترل تولید میل لنگ اشاره کنیم که در آن عملیات های مختلف با یکدیگر ترکیب شده اند. برای اندازه گیری به طور کامل نیازمند یک دستگاه اندازه گیری مولتی سنسور (cmm) هستیم. با توجه به اینکه ممکن است تلرانس یاتاقان از محور و جایگاهش خارج شود، باید نهایت دقت را بکار برد. کلیه لایه های زیرین، قطر ها، تلرانس ها و شیار ها با استفاده از سنسور پردازش تصویر  قابل اندازه گیری بدون تماس با قطعه کار هستند. سنسور های از راه دور لیزر و سیستم های اندازه گیری پروب برای اندازه گیری بسیار مناسب می باشند. اندازه گیری محور توسط پروب های لمسی انجام می شود.

ساخت شافت های مختلف در خط تولید به دستگاه اندازه گیری انعطاف پذیر نیاز خواهد داشت. ماژول های که اندازه گیری می کنند، ویژگی های هندسی مانند تلرانس ابعادی و هندسی، شیب زمین، کانتور دوربین آنالیز و غیره برای تشکیل عملیات با پارامتر های مختلف ترکیب می شوند. به همین دلیل کاربر می تواند اندازه گیری ماژول های فردی را تنظیم نماید تا با طراحی شفت ها تطابق داشته باشد. با وارد کردن پارامتر های مربوط نتایج به صورت عددی و گرافیکی و مطابق با نیاز کاربر نشان داده می شوند.

توصیه شده است برای جلوگیری از منحرف شدن شفت ها و خطاهای دیگر در اندازه گیری، شافت های بزرگتر را در وضعیت عمودی جهت اندازه گیری بگذارید. این امر در اندازه گیری میل لنگ های پیچیده نیز صدق خواهد کرد. شافت های دقیق همانند نمونه هایی که در ساعت ها استفاده می شوند به همراه شیار های مربوط و چرخ دنده ها اندازه گیری می شوند. برای این امر از برنامه های پارامتری استفاده می کنند

انواع شافت از لحاظ جنس بکار رفته

شافت فولادی صیقلی

این محصول در واقع همان شفت آهنی به صورت میلگرد فولادی می‌باشد. معمولا جنس این محصولات از کربن بوده و در صنایع تولید قطعات مکانیکی، خودرو اتومبیل و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصولات در انواع جنس‌های چون آلومینیومی، استیل، برنج، فولادی و … تولید و به بازار عرضه می‌شود.

شافت هارد

اگر شفت فولادی را با لایه ای از جنس کروم به صورت سطحی سخت‌کاری و پوشش‌دهی کنیم، شافت هارد یا سخت خواهیم داشت. این پوشش دهی بخار افزایش مقاومت فلز  وفولاد در برابر سایش و عوامل محیطی مانند خوردگی و پوسیدگی رطوبتی و … می‌‌باشد. اغلب دستگاه های پرینتر سه‌بعدی و دستگاه های cnc از این نوع شفت ها استفاده می کنند.

شافت هارد کروم

اگر فولاد ck45 را با لایه ای ضخیم از کروم پوشش‌دهی کنیم، به شفت هارد کروم یا شفت سخت کرومی می‌رسیم که مقاومت بالایی در برابر خوردگی و سایش دارد. بسته به ضخامت پوشش‌دهی، شفت های هارد کروم را به دو دسته معمولی و سخت تقسیم‌بندی می‌کنند. عموما قطر این شافت ها تا 200 میلی متر هم میرسد و طول این شفت ها  6 متر در بازار به صورت استاندارد یافت می‌شود. از شافت های هارد کروم معمولا در ساخت پیستون جک هیدرولیک، صنایع نظامی، صنایع خودروسازی، وسایل کشاورزی و ماشین سازی استفاده می‌شود.

همچنین لازم به ذکر است که حداکثر مقدار پوشش‌دهی سطحی بر روی شافت های هارد کروم به 50 میکرون می‌رسد که مقاومت خوبی در برابر رطوبت، خمیدگی، فرسایش و خوردگی ایجاد می‌کند. همین سخت کاری سطحی که بر روی شافت ها اعمال می‌شود به راحت حرکت کردن بلبرینگ بر روی شافت کمک بسزایی میکند.

موارد استفاده از شفت فلزی

شافت ها کاربرد های گوناگونی دارند. از شفت ها برای سوار کردن چرخ دنده، کلاچ ها، دسته لنگ ها و چرخ زنجیر استفاده می کنند.

استفاده در موتور‌ها:

شافت ها بخش بسیار مهمی از یک موتور الکتریکی به شمار می رود و دلیل استفاده از شفت ها این است که نیروی محرکی که توسط سروو موتور و استپر موتور تولید می شود به سازه ای که به آن متصل می باشد انتقال یابد. با توجه به استفاده شفت ها در موتور های الکتریکی، این امکان وجود دارد که تعیین موقعیت نسبی قطعه های چرخشی فراهم شود.

استفاده در گیربکس:

مقدار گشتاوری که به سازه متصل به موتور انتقال می یابد توسط گیربکس می توان آن را کنترل کرد. گشتاور و نیرویی که به وسیله موتور تولید می شود، با استفاده از گشتاور به گیربکس انتقال داده می شود. در حقیقت گیربکس ها یک طرف خروجی و یک طرف ورودی دارند. شافت ورودی به موتور متصل است و نیرو را به شافت خروجی انتقال می دهد. در نتیجه شفت خروجی متناسب با دنده ها با سرعت های متفاوت شروع به چرخیدن می کند.

محور (axile)

محورها ثابت هستند و عموماً از یک عضو چرخان پشتیبانی می کنند. مکمل اجزایی مانند بلبرینگ، چرخ، چرخ دنده های بلا استفاده و غیره می شوند. مانند محور یا اکسل خودرو

اسپیندل (spindle)

یک شافت کوتاه، با قطر کوچک، که معمولاً در حال چرخش و دوران است. به عنوان مثال شفت (اسپیندل) دریچه شیرفلکه برای شیر آب. اما اسپیندل یک دستگاه تراش را نیز میتوان در نظر گرفت، که بسیار بزرگ است و معمولاً دارای حفره ای درست در مرکز آن است.

شفت کوتوله  (Stub shaft)

شافتی است که با موتور سوئیچ یکپارچه است. (مانند الکتروموتور) از ابعاد، شکل و طرح مناسب برای راحتی اتصال به سایر محورها استفاده می کند. شفت کوتوله اجازه می دهد تا انتقال قدرت وسیله ای مانند قرقره کمربند که برای رانندگی دستگاه خارجی نصب می شود، انجام شود.

شافت خطی یا شافت انتقال نیرو (line shaft)

شافت خطی از بالا به طور مداوم با ماشین های محرک جابجایی متصل است. ماشین هایی که در حال حرکت انتقال قدرت به تعدادی از ماشین آلات را اینجام می دهند. عمدتا توسط ماشین های دارای موتورهای جداگانه جایگزین می شوند. مجموعه ای از چرخ دنده ها، تسمه ها و قرقره ها برای توزیع نیروی سیستم اصلی که می تواند یک توربین، آسیاب بادی، نیروی بخار یا چرخ آب باشد، استفاده شد.

جک شافت (Jack shaft) Countershaft

یک شافت کوتاه که برای اتصال یک حرکت دهنده اصلی به دستگاه یا شافت دیگر است. همچنین ممکن است یک شافت کوتاه باشد که به عنوان شافت واسط بین دستگاه متحرک اصلی و ماشین محور قرار داده شده است یا دارای نگهدارنده مانند بلبرینگ در دو طرف شافت باشند.

شافت انعطاف پذیر (Flexible shaft)

بطور کلی شفت های انعطاف پذیر برای انتقال قدرت زیاد یا سرعت بالا استفاده نمی شود.  انتقال نیرو بین دو شفت را ممکن می کند. به عنوان مثال شافت موتور و شافت دستگاه كه محور چرخش آن در زاویه یا جایی که ممکن است زاویه بین شفت ها تغییر کند، يكي است.

فرق شفت و میلگرد چیست؟

بطور کلی شما کمتر صنعتی را پیدا خواهید کرد که در آن از فولاد و آلیاژ های آن استفاده نکنند. در وضعیتی که مقاومت و سختی همراه با انعطاف پذیری نقش مهمی را در تولید و ساخت محصولات متفاوت ایفا می کند، اهمیت فولاد در صنعت های مختلف روز به روز بیشتر میشود. فولاد ها و آلیاژ های آن با توجه به اینکه در زمینه ها و صنایع مختلف استفاده می شوند در شکل ها و مقاطع متنوعی تولید می شوند.

یکی از این شکل های گوناگون میلگرد می باشد. شاید بر این باور باشید که کاربرد اصلی این محصول در ساخت و ساز می باشد. درست است که میلگرد ها در صنایع عمرانی و ساخت و ساز نقش ویژه ای دارد اما این محصولات در صنایع دیگر نیز کاربرد های خاص خودشان را دارند. یکی از این صنایع که از میلگرد ها استفاده می کنند، ساخت بدنه محصولات و ابزار آلات نظامی می باشد.

با گشت و گذار در بازار محصولات فولادی شما می توانید مقاطع و شکل های گوناگون فولادی را مشاهده نمایید. از جمله این مقاطع می توان به شمش فولادی، تسمه، ورقه های فولادی و غیره اشاره نمود. یکی از پر فروش ترین و پر استفاده ترین این مقاطع فولادی که مانند میله های نازکی هستند، میلگرد های فولادی می باشد که در بعضی موارد کارشناسان و متخصصان به این میلگرد های فولادی شافت یا شفت هم می گویند. در حقیقت شفت همان میلگرد می باشد . کاربرد های آن ها با هم تفاوتی ندارد.

سایزهای استاندارد شفت

در ادامه می خواهیم سایز های استاندارد انواع شفت را مورد بررسی قرار دهیم پس با ما همراه باشید:

شفت تیغ اره

شفت های تیغ اره در اندازه ها و شکل های متفاوتی در بازار موجود می باشد و اندازه آن با توجه به مدل و اندازه تیغه متغیر می باشد. رایج ترین اندازه های شف تیغ اره به شکل زیر می باشد:

قطر شفت تیغ اره به قطر تیغه بستگی دارد و هر چه تیغه بزرگتر باشد قطر شافت نیز بزرگتر می باشد. رایج ترین سایز های تیغه اره 12، 10 و 7 اینچ می باشد که سایز تیغه اره 7 اینچ، برای اره های دستی استفاده می شود و تیغه های با سایز بزرگتر برای اره های ثابت کاربرد دارد. تیغ اره های کوچک نیز در اندازه های 3 اینچ و شفت یک چهارم اینچ و 6 اینچ و شفت یک دوم اینچ تولید شده است. قبل از خرید کردن تیغ اره ها حتما به اندازه های آن ها دقت نمایید.

در استاندارد های جهانی 8.5 اینچ برابر با 15.87 میلی متر می باشد. شفت های بزرگ برای اره های بزرگ و قوی استفاده می شوند زیرا هر چه گشتاور و قدرت اره بالاتر باشد به شفت های بزرگتری نیاز خواهد داشت.  تیغ اره هایی که کوچکتر از 12 اینچ هستند دارای شفت یک اینچی می باشند و به شکل الماسه هستند. سوراخ شفت تیغ اره باید به گونه ای باشد که بر روی دستگاه محکم نصب شود ولی ممکن است در اطراف آن فضای خالی وجود داشته باشد. برای پر کردن این فضا می توان از قطعه بوش و تبدیل بوش استفاده نمود. این قطعه معمولا همراه با محصول به فروش خواهد رسید.

انواع سایز شافت های هارد کروم

شافت های هارد کروم معمولا از قطر 6 تا 200 میلی متر و همچنین با طول 6 تا 7 متر تولید می شوند که هر کدام از آنها کاربرد های خاص خودشان را دارند. جنس شفت هارد کروم از فولاد با آلیاژ کم C45 و Ck45 می باشد. جالب است بدانید که فولاد با آلیاژ Ck45، فولاد اصلاح شده می باشد که با افزودن گوگرد و فسفر با کربن 0.45 درصد تولید می شود.

میزان پوشش کروم در شفت ها در قطر 50 تا 70 میکرون است و هرچه این ضخامت لایه بیشتر باشد، شفت از کیفیت بیشتری برخوردار خواهد بود. شفت های هارد کروم معمولی نسبت به شافت های کروم سخت ارزان تر می باشند. تولید کننده های زیادی شفت های هارد کروم را تولید می کنند. از جمله شفت های هارد کروم موجود در بازار کشور می توان به شفت های سخت رومانی، چین و آلمان اشاره نمود که کیفیت و قیمت آن ها با یکدیگر متفاوت می باشد.

اندازه های استاندارد شفت

در جدول زیر برخی از اندازه‌ها و طول‌های استاندارد که امروزه در شافت های انتقال قدرت و شافت های ماشین مورد استفاده قرار می‌گیرند آورده شده است.

تقسیم بندی انواع شافت فولادی بر اساس سایز

یکی از مهمترین و اصلی ترین ویژگی های ظاهری میلگرد اندازه و ابعاد آن می باشد. میلگرد ها بر اساس سایز به دسته های مختلفی تقسیم می شوند. به همین دلیل انواع میلگرد ها فارغ از اینکه صنعتی باشند یا ساختمانی، می توانند بر اساس ضخامت و اندازه ای که دارند نامگذاری شوند. اگر اهل عمران یا صنعت هم نباشید به احتمال زیاد عبارت هایی مانند میلگرد 16 یا میلگرد 18 را شنیده اید. عددی که پس از میگرد می آید در واقع قطر آن بر حسب میلی متر می باشد.

اگر شما به عنوان صنعتگر بخواهید از میلگرد ها در کار خود استفاده کنید، قبل از آن که به نوع پولیش فکر کنید به اندازه آن دقت می کنید. در ادامه با توجه به کاربرد میلگرد برای شما، دیگر ویژگی های ظاهری میلگرد را هم بررسی می کنید. برای مثال اگر می خواهید از میلگرد به صورت روکار استفاده نمایید، شما می توانید از میلگرد دو پولیش به جای نوع تک پولیش آن ها استفاده نمایید.

قیمت انواع شفت

قیمت شافت ها به عوامل مختلفی بستگی دارد. از جمله عواملی که بر روی قیمت شفت ها تاثیر گذار است می توان به اندازه شفت، جنس مواد بکار رفته در شفت و غیره اشاره نمود. تعیین جنس شافت و اینکه میزان انعطاف پذیری و سختی و مقاومت آن به چه اندازه باشد تا حدود زیادی به کاربرد شفت وابسته می باشد. برای مثال شافت هارد کروم قیمت بالاتری نسبت به شفت های ساده دارد زیرا علاوه بر اینکه سخت تر و مقاوم تر می باشد از یک لایه کرومی نیز برخوردار است.

مواد و کاربردهای شفت

انتخاب فولاد برای یک کاربرد خاص گاهی اوقات می‌تواند یک تجربه گیج کننده و سخت باشد. تنها در استاندارد فعلی رایج برای فولادها، چند صد مشخصات فولادی وجود دارد. در عمل، فولادهای نسبتا کمی برای اکثر کاربردها استفاده می شود و برخی از مشخصات محبوب در زیر ذکر شده است.

فولادها را می توان به هفت گروه اصلی تقسیم کرد.

1. فولادهای برشی با کربن کم. اینها محبوب ترین انواع فولاد برای تولید اجزای تراشی هستند که ماشینکاری و پرداخت سطحی در آنها مهم است. کاربردها آن شامل خودروسازی و مهندسی عمومی است. مشهورترین نوع فولاد 230M07 است.
2. فولادهای کم کربن یا فولادهای متوسط. این فولادها برای قطعات با تنش کم، جوشکاری، خمش، شکل‌دهی و کاربردهای مهندسی عمومی استفاده می شوند. برخی از مشخصات نوع محبوب فولادها عبارتند از:

040A10, 045M10, 070M20, 080A15, and 080M15

3. کربن و کربن منگنز در فولاد سخت(فولاد آبداده). این فولادها برای قطعاتی که نیاز به سطح مقاوم در برابر سایش و هسته سخت دارند مناسب هستند. مشخصات شامل 045A10, 045M10, 080M15, 210M15, and 214M15.است.
4. فولادهای کربن متوسط(باکربن منگنز). این فولادها استحکام بیشتری نسبت به فولادهای کم کربن دارند و به عملیات حرارتی واکنش می‌دهند. مقاومت کششی در محدوده 700e3 مگاپاسکال قابل دستیابی است. کاربردها شامل چرخ دنده، رولرها، پینیون، شفت، پیچ و مهره است. مشخصات شامل 080M30, 080M40, 080A42, 080M50, 070M55, and 150M36.است.
5. فولادهای آلیاژی سخت شونده سطحی. اینها زمانی استفاده می‌شوند که به یک سطح مقاوم در برابر سایش سخت نیاز باشد، اما به دلیل عناصر آلیاژی، می‌توان خواص مکانیکی برتر را در مقایسه با فولادهای سخت‌کربن و منگنز کربن به دست آورد. کاربردهای معمولی شامل چرخ دنده، بادامک، رولرهای نورد و اجزای انتقال است. انواع شامل 635M15,655M13, 665M17, 805M20, and 832M13 است.
6. فولادهای سخت آلیاژی. این فولادها شامل عناصر آلیاژی مانند نیکل، کروم، مولیبدن و وانادیم برای کاربردهایی هستند که استحکام بالا و مقاومت در برابر ضربه مهم است. انواع شامل 605M36, 708M40, 709M40, 817M40, and 826M40 است.
7. فولادهای ضد زنگ (استینلس استیل). سه نوع فولاد ضد زنگ وجود دارد: مارتنزیتی، فریتی و آستنیتی.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی را می توان برای ایجاد استحکام کششی در محدوده 550 تا 1000 MN/m2 سخت و تمپر کرد. کاربردها شامل اتصال دهنده ها، دریچه ها، شفت ها، دوک ها، کارد و چنگال و ابزار جراحی است. مشخصات شامل 410S21, 420S29, 420S45, 431S29, 416S21, 416S41, 416S37, and 441S49 است.

فولادهای زنگ نزن فریتی به شکل نواری و ورقی رایج هستند و کاربردهای آن شامل تزئینات خانگی و خودرویی، تجهیزات پذیرایی و سیستم های اگزوز می باشد. شکل پذیری خوبی دارند و به راحتی شکل می گیرند. مشخصات شامل 403S17 و 430S17 است.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی بالاترین مقاومت را در برابر خوردگی دارند و کاربردهای آن به صنایع غذایی، شیمیایی، گاز و نفت و همچنین تجهیزات پزشکی و لوازم خانگی وابسته است. مشخصات شامل 302S31, 304S15, 316S11, 316S31, 320S31, 321S31, 303S31, 325S31, 303S42, and 326S36 است.