آشنایی با شفت یا میل راهنما و کاربرد آن
شفت (shaft) به میله‌ی فلزی گفته میشود که کاربرد زیادی در ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی دارد. کاربرد آن به قدری زیاد بوده که می‌توان آن را در بسیاری از تجهیزات و قطعات صنعتی مشاهده کرد. کار اصلی شفت انتقال نیرو و یا گشتاور از یک دستگاه یا وسیله به دستگاه و وسیله دیگر است. اگر بخواهید با شکل ظاهری آن آشنا شوید، باید بگوییم که این قطعه دقیقا شبیه به میله فلزی است. معمولا این نوع میله فلزی بسیار مقاوم بوده و از آلیاژهایی ساخته میشود که مقاومت بالایی دارند. از آنجایی که شفت کار چرخشی و انتقال نیرو را بر عهده دارد، باید حتما استقامت لازم را برای انجام این کار داشته باشد. برای آشنایی بیشتر با آن، تا آخر این مطلب همراه ما باشید.
شفت از چه چیزی ساخته شده است؟
در بالا توضیح دادیم که شفت از یک نوع آلیاژ بسیار مقاوم ساخته میشود. همان‌طور که می‌دانید معمولا آلیاژها از ترکیب چند فلز ساخته می‌شوند که معمولا قابل تنظیم و تغییر هستند. یعنی همیشه بر اساس نیاز صنعتگران، نوع آلیاژها می‌تواند تغییر پیدا کند. برای مثال، اگر در جایی نیاز باشد نوع آلیاژ نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر باشد، با تغییر برخی فلزات کاملا امکان‌پذیر میشود. برعکس در مورد شفتها باید این میله‌ها از آلیاژهایی ساخته شوند که کاملا مقاوم و بسیار مستحکم هستند. به همین منظور هم، شفت از جنس استیل و یا فولاد کم کربن استفاده میشود. بدین معنا که در ترکیب آلیاژ استفاده شده کربن متوسط و یا کمتری در نظر می‌گیرند.
همین موضوع، یعنی استفاده از کربن کمتر در آلیاژ فولادی آن باعث میشود تا استحکام آن بالاتر رود. استحکام بالا در آن یکی از ملزومات ساخت آن است. چرا که شفتها اکثر در ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شوند. به همین منظور هم، باید از استقامت بالایی برخوردار باشند. گاهی اوقات در ترکیب این فلزات از عناصری نظیر برنج، آلومینیوم و یا حتی فولاد ضد زنگ هم استفاده میشود. زیرا ممکن است گاهی اوقات نیاز باشد یک شفت کاملا ضدزنگ تولید شود. از این روی، نسبت به نوع شفت تصمیم گرفته میشود که از چه عناصری برای آن استفاده شود.
آشنایی با کاربرد کلی شفت در صنعت
همان‌طور که در بالا اشاره کردیم، شفت وظیفه چرخش و انتقال انرژی را بر عهده دارد. به همین منظور می‌تواند در انواع وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد. یعنی شفت می‌تواند در انواع موتورها و گیربکس‌های وسایل نقلیه کاربرد داشته باشد. شفتها حتی در صنایع ساعت‌سازی هم استفاده میشود. تنها تفاوتی که در اینجا وجود دارد اندازه و جنس آن است. بدین معنا که ممکن است در بسیاری از مواقع قطر و یا ابعاد آن بسیار کوچک و یا بزرگ باشد. جنس شفت هم بسته به کاربرد آن دارد که در مورد این موضوع هم، به طور کامل توضیح دادیم.
کاربرد شفت در صنعت خودروسازی
با استفاده از یک جفت شفت درایو کوتاه در خودروها نیرو از دیفرانسیل مرکزی به گیربکس یا ترانسبل به چرخ‌ها انتقال می‌یابد. در واقع بدون وجود آن هرگز نیروی چرخشی به چرخ‌ها انتقال پیدا نمی‌کند. به همین منظور نقش شفت در صنایع خودروسازی بسیار مهم است. فرقی ندارد خودرو برقی و یا سوخت فسیلی باشد. زمانی که بحث چرخ و نیروی چرخشی در آن‌ها وجود داشته باشد، همچنان به آن نیاز خواهد بود. یکی دیگر از شفت‌هایی که در خودروها استفاده میشود، نیم‌شفت نام دارد.
این قطعه در اتومبیل‌هایی استفاده میشود که دیفرانسیل عقب را به چرخ جلو متصل کرده و باعث چرخش چرخ‌ها می‌گردد. در چنین خودروهایی، هنگام که وسیله نقلیه در حالت ثابت قرار بگیرد، شفت هم در همان حالت قرار گرفته و هیچ چرخشی نخواهد داشت. معمولا شفتها در خودرو باید وزن کم و همچنین استحکام بالایی داشته باشد. به خاطر این که وزن بالای شفتها در خودرو عملکرد آن را کاهش داده و تاثیر کاملا منفی در آن، ایفا خواهد کرد. از این روی، هنگام ساختن آن خودرو معمولا از آلیاژی استفاده می‌کنند که هم استقامت بالا و هم، وزن بسیار کمتری داشته باشد.
دسته‌بندی شفتها و آشنایی با آن‌ها
اگر بخواهیم به طور کاملا تخصصی شفتها را بررسی کنیم، می‌توانیم دسته‌بندی زیادی برایشان قائل شویم. اما به طور کلی می‌توان یک تقسیم‌بندی اجمالی و کلی برای شفتها داشت. این قطعات هر کدام کاربرد خاص خودشان را دارند. اگر بخواهیم شفتها را به طور کلی دسته‌بندی کنیم می‌توانیم به سه مورد بسیار مهم بپردازیم که عبارتنداز:
- شفت هارد
- شفت هارد کروم
- شفت فولادی صیقلی
ویژگی‌های شفت هارد کروم
شفت‌های هارد کروم اندازه‌های متفاوتی دارند. برای مثال، می‌توان این شفتها را از قطر 6 میلی‌متری تا 200 میلی‌متری با طول 6 تا 7 متر در بازار پیدا کرد. هر کدام از این شفت‌های هارد کروم می‌توانند کاربردهای خاص خودشان را داشته باشند. معمولا بر اساس نیازهای مختلف در صنایع متعدد، تصمیم گرفته میشود که دقیقا از کدام نوع شفتها استفاده شود. برای مثال، ممکن است برای برخی موارد از شفت‌هایی با ضخامت کمتر و در کاربردهای دیگر هم از ضخامت بزرگ‌ترشان استفاده کرد. این شفتها معمولا از فولادهای کم آلیاژ ساخته می‌شوند که به آن‌ها CK45 و یا C45 گفته میشود.
این نوع فولادهای ترکیب‌های کاملا مشخص و خاصی دارند. چرا که این محصولات از فولادهای اصلاح شده ساخته می‌شوند. فولادهایی که در آن‌ها فقط 0.45 درصد کربن، گوگرد و فسفر وجود دارد. با این که ممکن است از ترکیب‌های دیگری هم برای این نوع شفتها استفاده شود، اما اکثر در ساخت آن‌ها از مواردی که ذکر کردیم، استفاده میشود. کیفیت شفت هارد کروم بستگی به ضخامت پوششی‌اش دارد. بدین معنا که هر چقدر لایه پوشش این شفت ضخیم‌تر باشد، به همان اندازه هم کیفیت بالاتری خواهد داشت. معمولا پوشش این نوع شفت، از 50 تا 70 میکرون است. هزینه‌های که شفت‌های هارد کروم دارند، معمولا نسبت به شفت کروم سخت، بسیار ارزان‌تر هستند.
اجزای شفتها
شفتها طوری طراحی می‌شوند که بتوانند به راحتی روی قطعات مختلف موتورها و یا گیربکس‌ها سوار شوند. برای این منظور باید حتما از اجزای مختلفی ساخته شوند تا بتوانند تبدیل به یک قطعه واحد شده و سپس کارایی خاص خودشان را داشته باشند. از مواردی که در شفتها می‌توان به آن‌ها اشاره کرد عبارت است از: حلقه، قرقره، دنده و… این قطعات و اجزای مختلف با قرار گرفتن در کنار هم، روی شفت سوار شده و باعث می‌شوند تا قطعه مدنظر بدون کوچک‌ترین مشکلی کار کند. تمامی این قطعات توسط کلیدهای مکانیکی به یکدیگر متصل می‌گردند.
آشنایی با محور و دوک در شفت
اصولا محور یا همان (Axile) بیشتر نقش پشتیبان چرخشی را در شفت ایفا می‌کند. چرا که یک عضو ثابت دارد و می‌تواند کار پشتیبانی چرخشی را در شفت انجام دهد. محور معمولا در قطعاتی نظیر چرخ‌دنده، بلبرینگ، چرخ و… استفاده شده و کاربرد بسیار زیادی دارد. در مورد دوک یا (Sindle) هم باید بگوییم که این قطعه یک شفت کوتاه است که قطر کوچکی دارد. دوک اکثرا در حالت چرخش بوده و حکم شیر فلکه را برای شیر آب ایفا می‌کند. دوک دارای حفره‌های مختلفی است که معمولا در بخش مرکزی آن قرار دارد.
شفت کوتوله چیست؟
شفت کوتوله یا (Stub shaft) قطعه‌ای است که با موتور سوئیچ حالت یکپارچه دارد. این شفت همانند الکتروموتورها نیاز به ابعاد، طرح و شکل مناسبی برای اتصال راحت به قطعات دیگر را دارد. معمولا برای دستگاه خارجی شفت کوتوله اجازه می‌دهند تا قرقره کمربند قدرت را انتقال داده و کار چرخش را انجام دهد.
شفت خطی یا انتقال نیرو چیست؟
شفت خطی یا انتقال نیرو (Line Shaft) از قسمت بالا در ماشین‌های محرک به طور مداوم در حالت اتصال قرار دارد. معمولا این نوع ماشین‌ها و ابزارآلات در حالت حرکت خود، کار انتقال نیرو را به سایر ماشین‌آلات دیگر انجام می‌دهند. این نوع شفتها معمولا توسط ماشین‌هایی که موتورهای جداگانه دارند، جایگزین می‌شوند.
جک شفت چیست؟
جک شفت (Jack shaft) یک قطعه کوتاه است که نقش حرکت‌دهنده اصلی به دستگاه یا شفت دیگر را ایفا می‌کند. جک شفت همچنین می‌تواند نقش یک قطعه کوتاه را ایفا کند که به عنوان یک واسط در دستگاه‌ّها یا ابزارآلات دیگر استفاده شود. بدین معنا که به عنوان یک شفت واسط، در دستگاه‌ها نقش محرک اصلی و یا ماشین محور را ایفا کند. جک شفت کاربرد بسیار زیادی در قطعات و ماشین‌آلات مختلف دارد.
شفت انعطاف‌پذیر چیست؟
شفت انعطاف‌پذیر یا همان (Flexible shaft) کاربرد بسیار زیادی برای انتقال قدرت یا سرعت بالا دارد. یعنی هنگامی که در یک قطعه یا ماشین‌آلاتی، بحث سرعت و یا قدرت بالایی مطرح باشد، بدون استثناء از شفت انعطاف‌پذیر استفاده میشود. معمولا این قطعه، کار انتقال نیرو بین دو شفت را امکان‌پذیر می‌سازد. معمولا محور چرخش شفت موتور و شفت دستگاه در مواردی که زاویه بین شفتها در حال تغییر باشد، به صورت ثابت باقی می‌ماند. به همین دلیل، برای چنین مواردی از شفت انعطاف‌پذیر استفاده میشود. چرا که کاربرد هر نوع شفتی به جز مدل انعطاف‌پذیر کار دستگاه را به هیچ عنوان انجام نخواهد داد و به طور کلی نیروی چرخشی در موتور هرگز انتقال نخواهد یافت.
استفاده از شفتها در کوادکوپتر و یا پهپادها
شفتها کاربرد بسیار زیادی در کوادکوپتر، پهپاد و یا هگزاکوپترها دارند. شاید برای شما هم این موضوع جای سوال باشد که دقیقا شفت در کدام قسمت این وسیله‌ها استفاده میشود. همان‌طور که می‌دانید تمام پهپادها دارای حداقل 4 موتور بسیار قوی هستند تا بتواند آن‌ها را به سمت بالای و یا جهت‌های مختلف هدایت کند. معمولا این موتورها باید قدرت بسیار بالایی داشته باشند تا بتوانند با نیروی چرخشی خود، بر نیروی گرانش زمین چیره شوند. فقط در این حالت است که پهپادها می‌توانند به حالت پرواز در بیایند. اما برای این کار نیاز است تا از شفتها با اندازه‌های مختلفی، در موتور پهپادها استفاده شود تا بتوانند کار پرواز را بدون کوچک‌ترین مشکلی انجام دهند.
استفاده از شفت در دریل ارتوپدی
دریل‌های ارتوپدی هم جزو مواردی دیگری هستند که از شفتها در موتور آن‌ها استفاده میشود. همان‌طور که می‌دانید این دریل‌ها کاربردهای زیادی در موارد پزشکی دارند. اصولا برای این نوع دریل‌ها از شفت‌های توخالی استفاده میشود که به آن‌ها (Hollow Shaft) هم گفته میشود. این دریل‌ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند اجزای دیگری را در خود جای دهند. برای مثال، دریل‌های ارتوپدی معمولا از سنسورهای مختلفی تشکیل شده‌اند. این نوع سنسورها اصولا عبور مته را از بافت‌های سخت و یا نرم کنترل می‌کند. بدین شکل که به محض رسیدن به بافت‌های نرم، حرکت دریل متوقف میشود. به همین دلیل استفاده از شفت توخالی می‌تواند برای این موارد بسیار مفید واقع شود. چرا که می‌توان به راحتی داخل آن، سنسورها و قطعات مختلف را جاسازی کرد.
دلیل اهمیت بالای شفت‌های فولادی
معمولا شفت‌های فولادی یکی از مهم‌ترین قطعاتی هستند که در صنایع مختلف خودروسازی، ماشین‌سازی، ماشین‌آلات صنعتی و… کاربرد بسیار زیادی دارند. به همین دلیل، تولید چنین قطعاتی می‌تواند در هر کشوری از اهمیت بسیار بالایی برخوردار باشد. تصور کنید کشوری قادر نباشد شفت‌های فولادی را برای نیازهایش تولید کند، در چنین شرایطی مجبور به خرید این قطعات و واردات آن‌ها خواهد شد. طبیعی است که چنین کاری نیاز به صرف هزینه‌های بسیار هنگفتی خواهد داشت. از طرفی دیگر، تمام ماشین‌آلات و یا محصولاتی که از این طریق تولید شوند، بدون شک، هزینه‌های بسیار گزافی در داخل کشور خواهند داشت. اما اگر شفت‌های فولادی در داخل کشور تولید شوند، هزینه‌ّهای محصولات تولید شده توسط آن‌ها هم بسیار کاهش پیدا خواهد کرد.
خوشبختانه شفت‌های فولادی در کشور خودمان در مقیاس بسیار بالا تولید شده و برای نیازهای داخلی‌مان کاملا مناسب است. چرا که تمام صنایع وابسته به شفت‌های فولادی در داخل کشورمان می‌توانند بدون کوچک‌ترین مشکلی از این محصولات بهره‌مند شوند. از این روی می‌توان گفت که تولید شفت‌های فولادی در داخل کشورمان نقش بسیار مهمی پیدا کرده است. به خاطر این که تولیدکنندگان و صنعتگران، نیاز به وارد کردن این قطعات از خارج کشور را نخواهند داشت. چرا که می‌توانند این نوع شفتها را از تولیدکنندگان داخلی تهیه کرده و در قطعات مورد نیازشان استفاده کنند.
کلام آخر
ما در این مقاله سعی کردیم در مورد شفت، کاربرد آن و انواع آن‌ها توضیح دهیم. همان‌طور که خودتان خواندید، شفتها استفاده‌ها و کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند. از این روی، وجود شفتها در صنایع مختلف و ضروری کشور می‌تواند یکی از واجبات باشد. تقریبا بدون وجود شفت هیچ کدام از ماشین‌ها و موتورها قادر به حرکت و فعالیت نخواهند بود. به همین دلیل، می‌توان به نقش بسیار مهم شفت در تمام ماشین‌آلات مختلف پی برد.
برای مطالعه دیگر مقالات بر روی لینک‌های زیر کلیک کنید :
آشنایی با راهگاه گرم تزریق پلاستیک
آشنایی با فرآیند طراحی و ساخت قالب
