شفت (شافت) چیست و چه کاربردی دارد؟

شناخت شفت یک امری ضروری در صنعت است. امروزه توسعه صنعت و دستگاه‌های آن روند صعودی را طی می‌کند. دستگاه‌ها باید به شکل قدرتمند و با عملکرد هوشمندانه ساخته شوند.  شفت یا شافت به میله‌ای فلزی قدرتمند از جنس فولاد که وظیفه انتقال نیرو را دارد، گفته می‌شود. وسایلی که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند باید بتوانند نیرو را به یکدیگر منتقل کنند. هنگامی که دو دستگاه، به یکدیگر متصل می‌شوند، توسط میله فلزی شفت نیرو را انتقال می‌دهد. حرکت چرخشی شفت این عملکرد را پیش می‌برد. در ادامه اطلاعات کاملی از شفت (شافت) را بررسی می‌کنیم.

بررسی جزئیات شفت

شناخت شفت وابسته به بررسی جزئیات آن است. هر وسیله‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد، از اجزای متفاوتی ساخته شده است. شفت، یکی از اجزای اصلی در صنایع مختلف به شمار می‌رود. انتقال گشتاور از یک وسیله به وسیله‌ای دیگر باید توسط قطعه‌ای فولادی صورت بپذیرد که این قطعه شفت است. به طور کلی، شفت‌ها در لوله‌های محوری جای‌گذاری می‌شوند و در انواع مختلفی ساخته شده‌اند؛ اما به طور معمول به صورت دایره‌ای استفاده می‌شود. اجزای تشکیل‌دهنده شفت عبارتند از:

• محور: بدنه شفت اجزای اصلی و مهم این قطعه محسوب می‌شود. ماشین‌های دوار، دستگاه‌های هدف شفت است، زیرا در این نوع ماشین‌های صنعتی باید یک وسیله فولادی اتصال بین دستگاه‌ها را برقرار کند. محور شفت، برای انتقال نیرو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• چرخ دنده: چرخ دنده، قطعه‌ای با ظاهر دنده‌ای شکل است که جهت حرکت شفت را تعین می‌کند. چرخ دنده با دنده‌های دستگاه همسو شده و انتقال نیرو را در یک جهت معین انجام می‌دهد. شناخت شفت با کمک اجزای تشکیل‌دهنده و جزئیات آن امکان‌پذیر است.
• پولی یا چرخ تسمه‌ای: برای اتصال به پولی دیگر دستگاه‌ها از تسمه استفاده می‌شود. تسمه به قسمت پولی دستگاه‌ها متصل شده و انتقال نیرو صورت می‌گیرد.
• مفصل: برای انتقال گشتاورها در زوایای مختلف از مفصل استفاده می‌شود. 
• روتول یا بلبرینگ: بلبرینگ در لوله محوری قرار دارد که وجود این قطعه باعث حمایت از شفت می‌شود؛ همچنین، کاهش اصطکاک را در پی خواهد داشت.

انواع شفت چیست؟

شناخت شفت، بسیار کاربردی است. شفت، انواع مختلفی دارد و در ابعاد متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر بخواهیم شفت‌ها را دسته‌بندی کنیم، شفت‌های انتقال و ماشین را می‌توان نام برد. در ادامه انواع شفت را بررسی می‌کنیم: 

• شفت تو خالی: شفت‌های توخالی وزن کمتری دارند و می‌توانند نیروی بیشتری را منتقل کنند. این شفت‌های توخالی امکان بهره‌برداری طراحی را افزایش می‌دهد و این فضا کانالی برای طراحی ایجاد می‌کند. اینرسی شفت‌های توخالی نسبت به شفت‌های توپر کمتر است.
• شفت‌های توپر: شفت‌های توپر، یکی از پرکاربردترین نوع شفت‌ها به شمار می‌رود. برای استفاده‌های مکرر و روزانه از این نوع شفت کمک می‌گیرند. در اکثر وسایل روزمره منازل از شفت تو پر استفاده شده است.
• شفت ماشین: خودروها نیز شفت دارند. شناخت شفت‌های ماشین جزو جدانشدنی از اطلاعات قطعه ماشین‌ محسوب می‌شود. میل لنگ، یکی از وسایل پر مصرف و پرکاربرد در خودرو است که با کمک شفت فعالیت می‌کند. 
• شفت محور: از این نوع شفت به عنوان یک پشتیبان و حمایت‌کننده استفاده می‌شود. شفت محور به صورت ثابت و برای پشتیبان چرخشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. 
• شفت دوک: این نوع شفت بسیار کوتاه است که قطری کوچکی دارد. در دوک شیر فلکه آب از این نوع شفت استفاده شده است. حفره‌ای در مرکز شفت دوک قرار دارد. هرچه دوک بزرگتر باشد، حفره مرکزی نیز بزرگتر خواهد بود.
• شفت کوتوله: موتور سوئیچ با شفت کوتوله هماهنگی دارد و با یکدیگر اتصال را برقرار می‌کنند. ابعاد و شکل متفاوت این محصول سبب تسهیل اتصال به دیگر محورها می‌شود. 
• جک شفت: از جک شفت برای اتصال دستگاه‌های متحرک اصلی به ماشین‌های محور مورد استفاده قرار می‌گیرند. این شفت قدی کوتاه دارد و یک شفت واسط در نظر گرفته می‌شود.
• شفت انعطاف پذیر: انتقال‌های کند از وظایف شفت‌های انعطاف‌پذیر است که برای تغییر زاویه از شفت انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود.

 شفت از چه چیزی ساخته شده؟

شناخت شفت، نیازمند اطلاعات دقیق و یکپارچه است. شفت‌ها از مواد گوناگونی ساخته می‌شوند که فولاد و آلیاژهای فولادی از عمده مواد تشکیل‌دهنده شفت است؛ اما کروم و دیگر آلیاژها در برخی شفت‌ها استفاده می‌شوند. اگر استحکام شفت اهمیت بالایی داشته باشد و نیاز به شفت‌های مقاوم پیدا کنیم، می‌توان از کروم، وانادیوم و فولاد کروم کمک گرفت. در ادامه شفت‌های مختلف از نظر جنس را مورد بررسی قرار می‌دهیم:

• شفت فولادی: همانطور که از نام شفت مشخص است، شفت فولادی جنسی از فولاد دارد و کربن ماده اصلی این نوع از شفت‌ها به شمار می‌رود. البته، جنس‌های مختلفی مانند آلومینیوم، برنج و … نیز به بازار عرضه می‌شوند که کاربردهای متفاوتی دارند. شناخت شفت و مواد تشکیل‌دهنده آن در تولید دستگاه‌های صنعتی متفاوت، حائز اهمیت است.
• شفت هارد: لایه‌ای از جنس کروم روی شفت‌های هارد را می‌گیرد. این لایه محافظت بسیار زیادی در برابر، خوردگی، سایش و پوسیدگی ایجاد می‌کند. در نهایت، مقاومت شفت به شکل قابل توجهی افزایش پیدا خواهد کرد.
• شفت هارد کروم: این نوع از شفت، کاربرد بسیار زیادی دارد که افزایش مقاومت آن را نسبت به شفت هارد بیشتر می‌کند، یعنی بیشترین مقاومت در برابر خوردگی و سایش متعلق به نوع شفت هارد کروم است. سطح ck45 را لایه‌ای بسیار ضخیم از کروم می‌پوشاند که به عنوان شفت راهنمای خطی نیز شناخته می‌شود. 

 

شناخت تنش‌ها در شفت

شناخت شفت و مقدار تنش‌ها حائز اهمیت است. موتورهای الکتریکی و پمپ‌ها، یکی از وسایل پرکاربرد در این جهان محسوب می‌شوند و اکثر افراد در طول روز با این ماشین‌ها سرو کار دارند. شفت و تنش‌های حاصل از آن باید در نظر گرفته شوند. تنش‌ها در شفت عبارتند از:

• تنش برشی: این نوع تنش بر اثر انتقال گشتاور‌های حاصل از بار پیچشی به وجود می‌آید. 56000 KN/m2 که با کمک هزینه و 42000 KN/m2 بدون کمک هزینه برای راه‌های کلید در نظر گرفته می‌شوند.
• تنش خمشی: فشار زیاد و کششی یکی از مهم‌ترین عوامل تنش‌ها به شمار می‌رود. این ماهیت بر اثر نیروهایی که بر عناصر مختلفی مانند چرخ دنده و قرقره‌ها وارد می‌شوند، رخ می‌دهد. 112000 KN/m2 این تنش حداکثر تنش خمشی مجاز در شفت در نظر گرفته می‌شود که با کمک هزینه برای راه‌های کلید و 84000 KN/m2 بدون کمک هزینه ارائه خواهد شد. شناخت شفت و تنش‌های آن به شما کمک می‌کند در کم‌ترین زمان ممکن در صدد رفع این تنش‌ها برآیید.
• تنش ترکیبی: ترکیب دو نوع تنش‌های قبلی را تنش‌های ترکیبی تشکیل می‌دهد. اگر تنش‌های خمشی و برشی همزمان رخ دهد می‌توان تنش ترکیبی در نظر گرفت. 

شفت صنعتی چیست؟

شناخت شفت در ابعاد مختلف و با معانی متفاوت رخ می‌دهد . وظیفه اصلی شفت انتقال نیرو به صورت دورانی در نظر گرفته می‌شود. این انتقال گشتاور، باید در یک سیستم مکانیکی رخ دهد تا بتواند به خوبی کارایی خود را به نمایش بگذارد. در ماشین آلات صنعتی و دستگاه‌های بزرگ باید از شفت‌های مقاوم‌تری استفاده شود. در شفت‌های صنعتی مواد بسیار مقاوم استفاده شده است.  اگر بخواهیم شفت‌های صنعتی را بررسی کنیم باید به بیان انواع مختلف آن بپردازیم که عبارتند از:

1. شفت‌های ثابت: این شفت‌ها به طور ثابت کاربرد دارند و برای تکمیل یک دستگاه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. شفت مفصلی: این نوع شفت‌ها جزو گروه دوم انواع شفت‌های صنعتی قرار دارد. امتداد میله‌های شفت مفصلی، در زوایای مختلفی ساخته شده است. هنگامی که نیروهای انتقالی که در یک راستا نباشند باید از شفت مفصلی استفاده شود. در ماشین‌های کشاورزی و دستگاه‌های فرز از این نوع شفت استفاده شده است. در این زمینه، شناخت شفت صنعتی اهمیت بسیار زیادی دارد.
3. شفت خمشی: در شفت خمشی، با کمک یک پایه آلومینیومی مقاومت شفت افزایش پیدا می‌کند و اگر در دستگاه مورد استفاده خمش یا شکم دادن رخ دهد، شفت‌های خمشی مقاومت می‌کنند.  شفت‌های خمشی بسیار مقاوم طراحی شده‌اند و استقامت بسیار بالایی نسبت به سایر شفت‌ها دارد. 

کاربردهای شفت صنعتی

شناخت شفت در علم صنعتی الزامی است. شفت‌های صنعتی کاربردهای فراوانی دارند. شفت‌ها در دستگاه‌های غول پیکر و بزرگی کارگذاری شده‌اند تا بتوانند انتقال نیرو را از دستگاهی به دستگاه دیگر به درستی انجام دهند. در ادامه کاربردهای شفت صنعتی را دسته‌بندی می‌کنیم که عبارتند از:

•   پرکاربردترین شفت‌های صنعتی می‌توان به موتورهای الکتریکی اشاره کرد. در دستگاه‌هایی که وابسته به الکتریک باشند از این شفت صنعتی استفاده می‌شود. دریل، موتور کولر، آرمیچر، فرز‌های انگشتی از انواع مختلف شفت‌های صنعتی با کاربرد روزانه است. هر روز از این شفت‌های صنعتی استفاده می‌شود و شاهد تاثیرات و عملکرد این میله فولادی خواهید بود. این شفت‌ها اتصال بین مبدل انرژی الکترومکانیک و خروجی نیروی موتور را برقرار می‌کنند و این وظیفه شفت صنعتی، قسمت بسیار مهم از دستگاه‌های الکتریکی را تشکیل می‌دهد. 
• کاربرد دیگر شفت‌های صنعتی را می‌توان در گیربکس‌ها در نظر گرفت. گیربکس‌ها از دو قسمت ورودی و خروجی تشکیل می‌شوند. شناخت شفت، در این کاربرد باید به طور دقیق باشد. اگر شفت ورودی را در نظر بگیریم، هماهنگ با موتور و متناسب با دور موتور شروع به فعالیت می‌کند. انتقال نیروی موتور به داخل گیربکس را شفت ورودی بر عهده دارد. شفت خروجی، برای انتقال نیروی خروجی به سیستم اصلی ساخته شده است که این شفت هماهنگ با موتور نیست و با سرعت‌های مختلفی فعالیت می‌کند.  

فرآیند تولید شفت

شناخت شفت‌ها و فرایند تولید آن‌ها در صنعت ماشین آلات نقش به سزایی دارد. فرآیند نورد گرم شفت را تشکیل می‌دهد. اگر از نورد سرد برای تولید شفت استفاده شود، استحکام بیشتر شفت را در پی دارد. نورد گرم باعث کاهش استحکام میله شفت خواهد شد. در مقابل فرآیند نورد سرد سبب تولید تنش پسماند بالاتری می‌شود و هنگام ماشین‌کاری، تغییر شکل شفت را به همراه دارد. آهنگری در فرآیند تولید شفت، حائز اهمیت است؛ اما در شفت‌هایی که با قطر بزرگتر ساخته شده‌اند کاربرد دارد. حالا نوبت غلتک است. هنگامی که عملیات غلتک به پایان رسید، برای پایان کار آماده می‌شوند. انتهای شفت به برجک ماشین تراش متصل شده و سر دیگر شفت بارگیری خواهد شد. برای تکمیل فرآیند تولید، ابزار پست شفت را محکم نگه داشته و با اتصال برق، چاک شفت را می‌چرخاند. دیال گیج، یکی از مراحل مهم در تولید شفت محسوب می‌شود؛ زیرا شیار، تراش، روکش‌های سطح شفت را با بررسی تمرکز محور انجام می‌دهد. این مرحله قبل از ماشین‌کاری صورت می‌گیرد. دستگاه cnc برای فرآیندهایی که نیازمند حجم بالا باشند، بهترین انتخاب است. می‌توان شفت را بین وسایل ماشین کاری و ابزار چرخشی قرار داد. در این مرحله باید از دستگاه cnc استفاده شود. تمرکز و گرد بودن شفت باید به طور دقیق در شناخت شفت بررسی و اجرا شود. ابزارهای چرخان دقیق روبروی یکدیگر قرار می‌گیرند. این مرحله منجر به گرد شدن شفت می‌شود. موتورهای انتقال و محورها را با این فرآیند می‌سازند.

اصول طراحی شفت یا شافت

شناخت شفت‌های مختلف فقط با اصول طراحی آن امکان‌پذیر است. شفت‌ها را با اصول طراحی متفاوتی می‌سازند. شفت، یک رابط مهم و اساسی در موتورهای الکتریکی و گیربکسی محسوب می‌شود. در ادامه دو فرآیند طراحی شفت را بررسی می‌کنیم:

1. طراحی بر اساس صلبیت شفت: شفت‌هایی که پیچ خوردگی کمتری داشته باشند، محور انتقال را با عنوان صلب می‌شناسند و بر اساس طلبیت چرخشی طراحی می‌شود. فرمول {Mt/J} = {(G x ө)/ L} مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این فرمول،

 Mt، گشتاور پیچشی است که با فرمول N – mm به دست می‌آید.

J، گشتاور قطبی اینرسی است که محاسبه آن با کمک فرمول (π x D4)/ 32 انجام می‌شود.

D، قطر شفت را بر حسب میلی متر به نمایش می‌گذارد.

Ө، زاویه پیچش را نشان می‌دهد.

برای G، مدول صلبیت بر حسب N/mm² در نظر گرفته می‌شود.

1. طراحی بر اساس مقاومت شفت: شفت‌ها از بارگذاری ترکیبی تولید می‌شوند. بارگذاری ترکیبی شامل تنش‌های پیچشی و خمشی است. لنگرهای پیچشی، خمشی، نیروی کششی محوری و ترکیب هر کدام از آنها بر محور انتقال اثرگذار خواهد بود. فرمول‌های اختصاصی از طراحی شفت‌ها بر اساس مقاومت عبارتند از: 

فرمول تنش کششی:

 P/A

 A  برابر با (π/ 4) x D²

D قطر شفت است که  بر حسب میلی متر طراحی می‌شود.

فرمول لنگر خمشی:

(Mb x Y) / I

Mb برابر با لحظه خمشی

Y  برابر است با D/ 2 که در آن D قطر در نظر گرفته می‌شود.

I برابر است با ممان اینرسی که با فرمول (π x D4)/ 64 به دست خواهد آمد.

فرمول تنش پیچشی:

Mt x R/J

Mt برابر با گشتاور پیچشی

R  برابر است با D/ 2 که در آن D قطر میله در نظر گرفته می‌شود.

J برابر است با گشتاور قطبی اینرسی که با محاسبه فرمول (π x D4)/ 32 حاصل خواهد شد.

قیمت شفت

شناخت شفت‌های مختلف با برندهای متفاوت بهترین انتخاب را در پیش روی شما قرار می‌دهد. هنگامی که نسبت به شفت‌ها شناخت کافی داشته باشید، می‌توانید نوع خاص و مورد استفاده خود را برگزینید. در جهان، سازنده‌های بیشماری اقدام به ساخت و ارائه این میله فولادی کرده‌اند. در نتیجه، برندهای مشهور و معتبر بسیاری در بازار وجود دارند. عوامل مختلفی در تعیین قیمت شفت‌ها تاثیرگذارند. جنس مواد مورد استفاده در شفت، یکی از عوامل مهم و اساسی در تعیین قیمت شفت به شمار می‌رود. با توجه به نوسانات قیمت بازار هیچ نرخ دقیقی نمی‌توان برای قیمت مواد اولیه شفت‌ها ارائه داد. اندازه شفت، متفاوت است. شناخت شفت، در تعین قیمت نوع خاصی از این میله فولادی نقش به سزایی خواهد داشت. برای ساخت شفت‌های بزرگتر نیاز به مواد بیشتری داریم؛ در نتیجه، هرچه شفت بزرگتر باشد، قیمت بالاتری خواهد داشت. جنس و میزان انعطاف‌پذیری شفت‌ها نیز به طور چشمگیری متفاوت است. این حجم از تنوع، قیمت‌های فراوانی را در پی دارد که با توجه به کارایی و اندازه مناسب شفت می‌توان قسمت مناسبی را ارائه کرد. لایه‌های نازکی از کروم که بر روی شفت‌ها کشیده می‌شوند، عملیات سخت کاری را می‌طلبد. این عملیات باعث افزایش قیمت شفت‌های هارد کروم نسبت به شفت‌های کروم می‌شود. 

مزایا و معایب شفت

شناخت شفت، مزایا و معایب آن را نمایان می‌کند و شما را با حقایق روبرو خواهد کرد. هر وسیله‌ای مزایا و معایب مربوط به خود را دارد. شناخت این ویژگی‌ها در روند تکمیل فرایند و ساخت دستگاه‌ها کمک شایانی می‌کند. اگر بخواهیم از مزایای شفت صحبت کنیم باید به موارد بسیار زیادی اشاره کرد که شامل نیاز به نگهداری کمتر در مقایسه با سیستم زنجیره‌ای، قدرت پیچشی بالا، ویژگی مربایی کمتر، گشتاور اینرسی قطبی با ارزش بالا، قدرت بیشتر و شکست کمتر، نیاز به مواد کمتر در ساخت شفت‌های توخالی، وزن کمتر شفت‌های توخالی نسبت به سایر شفت‌ها، شعاع چرخشی بالاتر است. شناخت شفت، مربوط به ویژگی‌های منفی این میله فولادی نیز می‌شود. معایبی که می‌توان برای شفت در نظر گرفت عبارتند از: شل بودن کوپلینگ و از دست رفتن توان شفت، ارتعاش بالا به هنگام چرخش و عملکرد، تولید صدای ثابت و یکسان، هزینه تولید بالا، تولید همراه با مشکلات فراوان و سختی کار، دشواری در تغییر سرعت، زمان ایستادن طولانی شفت به دلیل مشکلات مکانیکی، چکه کردن روغن از شفت قسمت بالایی، کاهش سرعت با کوپلینگ‌های فنر برگ و زمان زیادی برای تعمیرات شفت صرف می‌شود. 

کلام پایانی

برای شناخت شفت، باید جوانب مختلفی را بسنجید و بعدهای متفاوتی را در نظر بگیرید. شفت‌ها، یکی از اجزای مهم در چرخش و راه‌اندازی دستگاه محسوب می‌شوند. با شکل ظاهری گرد خود در کمترین فضا جایگذاری خواهند شد و به محیط کوچکی نیاز دارند؛ اما همین قطعه کوچک عملکرد مهمی را در ماشین‌ها ایفا می‌کند. شفت، نیروهای دستگاه تولید را از ماشین دریافت و به دستگاه جذب نیرو منتقل می‌کند. منبع تغذیه و دستگاه تولید نیرو به یک سر شفت متصل می‌شود، قسمت انتهایی میله نیز در دستگاه خروجی و ماشین دیگر قرار می‌گیرد. شفت‌ها کاربردهای فراوانی دارند که تو خالی بودن یا توپر بودن آن را تعیین می.کند. در نتیجه باید کاربرد شفت را بررسی کرده و بدانید کدام نوع شفت مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر بتوانید شفت توخالی را برگزینید، می‌توانید از مزیت وزن کمتر و قیمت مناسب‌تر بهره‌مند شوید. در این مقاله سعی کردیم اطلاعات کاملی از شفت را در اختیارتان قرار دهیم و شما را با شناخت شفت آشنا کنیم.