خـار چیست؟
خار شفت را می توان به عنوان قطعه فلزی تعریف کرد که برای اتصال المان چرخان ماشین به شفت استفاده می شود. به طور کلی برای پیشگیری از چرخش نسبی بین دو قطعه استفاده می شود و قادر به انتقال گشتاور هستند. المان چرخان (مانند قرقره، چرخ دنده) و شفت باید دارای یک نشیمن خار و یک جا خار برای عملکرد صحیح خار شفت باشند. یک شکاف پیش برش در شفت وجود دارد که در آن یک قسمت از خار شفت قرار می گیرد و قسمت دیگر آن در جا خار (شکافی است در هاب) قرار می گیرد. سیستم کلی به عنوان مفصل خاردار شناخته می شود و قادر است حرکت محوری نسبی را بین دو قسمت فراهم کند.
خار شفت از چندین نوع مواد ساخته می شود که بیشتر آن ها از فولاد است. این خار ها همچنین در اشکال و اندازه های مختلف موجود می باشند. مخروطی یا مستطیلی رایج ترین شکل خار شفت است.
جا خار یک شکاف است که در هاب یک چرخ دنده، چرخ زنجیر، قرقره و دستگاه های مختلف دوار قرار دارد که خار را در خود جای می دهد. شکاف در هاب با استفاده از دستگاه های جا خار زن به وسیله فرز کاری، شکل‌دهی، خان کشی و شیار زنی ایجاد می شود.
سیستم کلی که به عنوان اتصال خار نامیده می شود، بخشی ضروری از المان هایی است که می تواند نیروی مکانیکی را منتقل کند و در آن اطمینان حاصل می شود که اتصال توان، بار و چرخش را با دقت و بدون لغزش مطابق با نیاز طرح منتقل می کند.
انواع خار شفت
1. خارهای تخت (چهارپهلو)
خارهای چهار پهلو می توانند هم در جای خار قطعات ماشین آلات و هم جای خار شفت قرار گیرند. نیمی از آن در جای خار هاب قرار می گیرد و نیمی از آن جای خار شفت. خارهای غرق شده انواع مختلفی دارند مانند خار هلالی، خار زبانه دار، خار لغزنده، خار موازی، خار مربعی، خار مستطیلی.
این خارها می توانند مربعی یا مستطیلی با ضخامت و عرض یک دست باشند. در جایی که نیاز به چرخ دنده، قرقره و سایر قطعات جفت شدنی برای لغزش در کنار شفت است، استفاده می شوند. به دلیل سهولت نصب و در دسترس بودن، معمولا در مهندسی خودرو و مهندسی مکانیک مورد استفاده قرار می گیرند.
2. خار موازی
خارهای موازی می توانند به صورت مستطیل یا مربع باشند اما غیر اریب. این خارها ارزان هستند، به راحتی در دسترس اند و یکی از ساده ترین ها در نصب هستند. اما این خارها باید به بهترین شکل توسط یک پیچ تنظیم در هاب نگه داشته شوند. زیرا ارتعاش یا تغییر جهت چرخشی اغلب خار را به بیرون هل می دهد.
خارهای موازی عموما به طور محکم کف جای خار شفت و کناره های اتصال قرار می‌گیرند و در بالای جای خار هاب فضای آزاد باقی می‌گذارند و برای انتقال گشتاورهای یک طرفه که دارای بارهای اولیه سبک هستند و در جایی که نیاز به لغزش هاب یا لقی دارد استفاده می شود.
3. خارهای مستطیلی
خارهای مستطیلی همانطور که در شکل نشان داده شده است از ارتفاعشان عریض تر هستند و گاهی اوقات خار تخت نامیده می شوند. در شفت هایی با قطر حدود 500 میلی متر یا 20 اینچ استفاده می شوند. عرض بیشتر خار به آن اجازه می دهد تا گشتاور بیشتری را بدون افزایش عمق منتقل کند. افزایش عمق به معنای شفت ضعیف تر به دلیل کاهش سطح مقطع موثر آن است.
4. خارهای مربعی
خارهای مربعی همانطور که از نامشان پیداست دارای مقطع مربعی هستند و عموما برای شفت هایی تا حدود 25 میلی متر یا 1 اینچ استفاده می شوند. هنگامی که خار عمیق تر در مقایسه با خارهای مستطیلی مطلوب باشد می توانند برای شفت های بزرگتر استفاده شوند. افزایش عمق به معنای شفت ضعیف تر به دلیل کاهش سطح مقطع موثر شفت است.
5. خار لغزشی
خارهای لغزشی به شفت یا هاب متصل می شوند تا امکان حرکت محوری نسبی را فراهم کنند. همانطور که در تصویر نشان داده شده است سه نوع خارلغزشی وجود دارد. یک سر، دو سر و دندانه دار. این خار امکان انتقال نیرو را بین شفت و هاب با وجوه موازی هم را فراهم می‌کند و در عین حال به آن ها اجازه می‌دهد بلغزند.
6. هزارخار (اسپلاین)
هزارخارها عموما با شفت به طور جدایی نشدنی ساخته می شوند و می توانند در جا خاری که بر روی هاب ایجاد شده است قرار می گیرد. هزارخار به طور کلی دارای شانزده، ده، شش یا چهار دندانه (اسپلاین) است.
این خارها معمولا برای حرکت محوری نسبی بین شفت و هاب استفاده می شوند.
7. خار زبانه دار
به خار تخت یک زبانه اضافه شده تا برداشتن آن آسان تر شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، خارهای تخت با سر زبانه دار عموما خارهای مستطیلی یا مربعی هستند که روی سطح بالایی آنها یک برجستگی وجود دارد تا از جای گیری محکم آن ها اطمینان حاصل شود.
این خارها برای انتقال نیرو در شفت خاردار برای محکم نگه داشتن چرخ دنده ها و قرقره ها روی شفت استفاده می شوند. سر خار اثر چکش را کاهش می دهد و از آسیب به شفت جلوگیری می کند. عمق شکاف هم در شفت و هم در قطعه، موقعیت محوری را کنترل می کند.
عمق بیشتر جای خار یا شکاف خار امکان لغزش خار را به داخل شکاف فراهم می کند و در نتیجه با صفحه قطعه تماس پیدا می کند. بنابراین نمی توان زیاد روی این خار حساب کرد و می‌توان این انتظار را داشت که از کار بیفتد.
8. خار هلالی (ناخنی – وودراف)
خار هلالی یک دیسک نیم دایره است و در یک شکاف دایره ای در شفت قرار می گیرد که توسط یک دستگاه برشِ جای خار هلالی ایجاد می شود. این خارها بیشتر در ابزارهای ماشینی و شفت های خودرو از قطر ¼ تا ½2 اینچ (6 میلی متر تا 60 میلی متر) استفاده می شود. خارهای هلالی مانند خارهای چهارپهلو بلند قادر به تحمل بار نیستند.
مزیت خار هلالی این است که قابلیت تطبیق با هر مخروطی در جای خار هاب را دارد، گیر کردن و عمق آن مانع از چرخش خار می شود.
معایب خار هلالی این است که عمق آن باعث ضعیف شدن شفت می شود، از این خارها نمی توان به عنوان خار لغزنده استفاده کرد، نصب آن ها سخت است، کوتاه هستند و نمی توانند بار زیادی را تحمل کنند.
9. خار مماس
خارهای مماس همانطور که در شکل نشان داده شده است، به صورت یک جفت در زوایای قائم قرار می گیرند، که در آن هر خار تنها در یک جهت در برابر پیچش مقاومت می کند. این خارها در شفت های بزرگ و سنگین استفاده می شوند.
10. خار گرد
خارهای گرد به صورت دایره ای هستند و در سوراخ هایی که بخشی در شفت و بخشی در هاب حفر شده اند، قرار می گیرند. مزیت خارهای گرد این است که ساخت آن ها آسان است و جای خار آن پس از جای گیری بخش جفت شدنی دوباره سوراخ می شود. خارهای گرد معمولا مناسب ترین گزینه برای گشتاور و سرعت بسیار کم است.
11. خار سدل
در مقایسه با خارهای تخت، خارهای سدل در شفت و توپی فرو نمی روند، بلکه فقط در هاب فرو می روند. این خارها یا روی یک سطح صاف یا دور شفت می نشینند. انتقال نیرو از طریق اصطکاک بین شفت و خار انجام می شود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، خارهای سدل را می توان به دو دسته تخت و توخالی تقسیم کرد و فقط برای بارهای سبک مناسب هستند تا از لغزش در امتداد شفت جلوگیری شود.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، قسمت بالای خار سدل تخت اریب (مخروطی) و قسمت پایین آن صاف است. خار در جای خار اریب هاب قرار گرفته و سطح صاف آن روی شفت سوار می شود. این خارها برای بار سبک استفاده می شوند.
با توجه به شکل زیر، قسمت بالای خار سدل توخالی اریب (مخروطی) و قسمت پایین آن خمیده است. در یک جای خار اریب قرار گرفته و قسمت خمیده آن روی سطح شفت سوار می شود.
معمولا برای بارهای سبک و اتصال موقت در موارد نصب بادامک، اکسنتریک و غیره استفاده می شوند.
مزایای خارها
- هزینه ساخت آن ها کمتر است
- برای انتقال متوسط تا بالا استفاده می شوند
- به راحتی جدا می شوند و قابل استفاده مجدد هستند
معایب خارها
- برای انتقال نیروی محوری نیاز به استاپ لاک دارند
- می توانند منجر به عدم تعادل در شفت شوند
- برای بارهای جهت دار متناوب و متزلزل مناسب نیستند
- پس از مدت طولانی، از باز کردن اتصال دشوار می شود
