Uitgebreide Gids tot Spennen en Spennuten in de Werktuigbouwkunde

Definitie van spen en spennut

In de werktuigbouwkunde bestaan gespenne verbindingen uit spennen en spennuten. Deze spennen können in verschillende vormens gemetseld worden, afhankelijk van het type spenverbinding dat vereist is. Spennuten zijn bewerkte oppervlakken op een as in de afmetingen van de spen. Ze worden vast samengezet om geen uittrekken van componenten te voorkomen en een relatieve beweging tussen een as te voorkomen.

Vandaag leer je de definitie, functies, toepassingen, componenten, diagrammen, typen en werking van spennen en spennuten. Je leert ook de voordelen en nadelen van een gespenne verbinding kennen.

Definitie van spen en spennut

Een spen is een machine-element dat wordt gebruikt om een draaiend machine-element met een as te verbinden. Voor een spen om te functioneren, moet er een spennut op de as zijn en een spennut in het draaiende machine-element. De spen wordt dan strak tussen de spennut en de spennut gepast, vandaar dat het mechanisme een gespenne verbinding heet.

De primaire functie van spennen en spennuten is om gespenne verbindingen te vormen om de naaf en as te bevestigen zodat geen relatieve beweging optreedt tussen een kracht-overdrachtende as en bevestigd component. Een gespenne verbinding staat vaak relatieve axiale beweging tussen de componenten toe. Deze spen voorkomt relatieve rotatie tussen de twee delen en kan koppelingoverdracht mogelijk maken.

Toepassingen

Een gespenne verbinding wordt gebruikt als belangrijk onderdeel van mechanische kracht-overdrachtselementen as en koppelingen. Het zorgt voor efficiënte overdracht van de belasting, kracht en rotatie zonder glijden. Een goed voorbeeld van een spen- en spennut-toepassing is tandwielaandrijvingen, riemschijven of kettenwielen stevig verbonden met een spen aan de kracht-overdrachtende as.

Wijd in het mechanische vakgebied zijn gespenne verbindingen een handige methode om een veilige verbinding tussen assen en kettenwielen te creëren. Hoewel het wordt gebruikt als alternatief op andere as-toepassingen waar de belasting getrokken of geduwd moet worden. Dit vindt men vaak in landbouwtoepassingen, werktuigen, industriële apparatuur, etc.

Frezen, sleuven en slaan machines zijn de gangbare machinegereedschappen die gebruikt worden om spennuten en spennuten te maken. Hoewel er speciale machines zijn voor het maken van spennuten.

Componenten van gespenne verbindingen

Aangezien er verschillende typen gespenne verbindingen zijn, zullen spen- en spennut-componenten verschillen afhankelijk van het type en additionele kenmerken. De belangrijkste componenten van gespenne verbindingen omvatten echter een spen, spennut en de spennut.

• Spen – de spen is meestal gemaakt van staal, gemetseld tot rechthoekige, vierkante of cirkelvormige vorm. Het wordt tussen de as en de naaf van het component in axiale richting geplaatst om relatieve beweging te voorkomen.
• Spennut – dit is de technische naam voor een inkeping in de as. Het wordt vaak op een slaanmachine uitgevoerd.
• Spennut – een spennut is ook een inkeping in de naaf die de spen ontvangt en het mechanisme veilig vergrendelt. De spennut en de spennut delen de helft van de spen. Dit zal verder worden uitgelegd in de werkingsprincipesectie.

Diagram van een spen, spennut, spennut (gespenne verbinding)

Typen spennen

Hieronder staan de verschillende typen asspennen die in een gespenne verbinding worden gebruikt:

Ingezakte spennen:

Ingezakte spennen zijn typen spennen die zo ontworpen zijn dat de helft van de dikte van de staaf in de as gezonken is en de overige helft voor de spennut. Voor het bereiken van deze gespenne verbinding is nauwkeurigheid erg belangrijk. Bijvoorbeeld, als een spen 8mm is, zal de asspennut op een diepte van 4,1mm gemetseld worden, hetzelfde als de spennut. Ingezakte spennen zijn van verschillende typen, waaronder:

• Rechthoekige/vierkante spennen

Deze typen spennen worden soms platte spennen genoemd omdat ze breder zijn dan hun hoogte. Ze worden vaak gebruikt op assen van ongeveer 500mm of 20 inch diameter. De overgebleven spenbreedte stelt grotere koppelingoverdracht toe zonder de diepte te verhogen. Een verhoogde diepte betekent een zwakkere as door een vermindering in effectieve as-dwarsdoorsnede.

• Vierkante spennen

Een vierkante spen heeft een vierkante dwarsdoorsnede en wordt gebruikt op een as van ongeveer 25mm of 1 inch. Ze worden op grotere assen gebruikt wanneer een diepere spendiepte vereist is vergeleken met rechthoekige spennen. Echter, een toename in diepte betekent een zwakkere as, vanwege de vermindering in effectieve as-dwarsdoorsnede. Een vierkante of rechthoekige spen kan een afdiking van 1 op 100 over de lengte van de spen hebben, net als in de onderstaande figuur getoond.

• Parallele ingezakte spennen

Parallele ingezakte spennen zijn ofwel rechthoekige of vierkante dwarsdoorsneden maar zonder afdiking. De spennen zijn goedkoop en gemakkelijk beschikbaar voor gebruik. Het is een van de gemakkelijkste te installeren, maar het moet vastgehouden worden met een set schroeven aan de naaf. Dit komt doordat de trilling of omkeer van de rotatierichting de spen vaak uwdrukt.

De spen wordt doorgaans strak aan de bodem van de asspennut en de zijkanten van de gespenne verbinding gepast. Ze laten een jeu aan de bovenkant van de naafspennut.

• Kop ingezakte spen

Een kop ingezakte spen is ofwel rechthoekig of vierkant van vorm met een afdiking aan het bovenoppervlak om een strakke pasvorm te krijgen. Het wordt toegepast zodat het gemakkelijker te verwijderen is.

• Veerspen

Een veerspen heeft drie typen; dubbelkop, pen veer, en veerspen. Ze worden bevestigd aan ofwel de as of de naaf om een relatieve axiale beweging te veroorzaken. Hierdoor wordt koppelingoverdracht tussen de as en naaf met zijn parallele tegenovergestelde vlakken mogelijk. Hierdoor kan het glijden.

• Woodruff spennen

Een Woodruff spen is een halfcirkelvormige schijf die in een cirkelvormige inkeping van een as past die alleen gemetseld kan worden door een Woodruff spennutfrees. Het wordt voornamelijk gebruikt in werktuigen en sommige automobile assen van ¼" tot 2½" (6mm tot 60mm) diameter. De kracht die een Woodruff spen biedt is extreem anders dan de lange parallele spennen, wat betekent dat ze niet dezelfde belasting kunnen dragen.

Zadelspennen:

In tegenstelling tot ingezakte spennen, worden zadelspennen niet in assen gezonken maar in plaats daarvan alleen in de naaf. Ze zitten ofwel op een vlak of omtrek van de as, terwijl de krachtoverdracht bereikt wordt door wrijving tussen de as en de spen. Zadelspennen zijn onderverdeeld in twee: platte zadel en holle zadel spennen. Ze worden alleen gebruikt voor lichte belasting om glijden langs de as te voorkomen.

• Platte zadelspen

Platte typen zadelspennen zijn afgetapt aan de bovenkant en plat aan de onderkant omdat het in een afgetapte naafspennut past en op het platte vlak van de as drukt.

• Holle zadelspen

Een holle zadelspen is afgetapt aan de bovenkant en gebogen aan de onderrand. De spen past in een afgetapte naafspennut en drukt op het gebogen omtreksoppervlak van de as.

Tangentiële spennen:

Deze typen spennen worden soms tangentiële spennen genoemd. Ze worden als een paar onder een rechte hoek geplaatst waar elke spen torsie in slechts één richting weerstaat. Ze worden vaak gebruikt in grote zware belasting assen.

Ronde/cirkelvormige spennen

Ronde spennen zijn cirkelvormig in dwarsdoorsnede, geplaatst in gaten die deels in een as en naaf zijn geboord. Deze typen spennen zijn gemakkelijk te fabriceren omdat de spennuten na het monteren van de paarende delen geboord of uitgeboord kunnen worden. Ronde spennen zijn geschikt voor lage vermogens aandrijvingen.

Werkingsprincipe

De werking van spen en spennut is minder complex en kan gemakkelijk begrepen worden. Aangezien er verschillende typen spennen en spennut-opstellingen zijn, zal de werking van sommige typen volledig anders zijn. De onderstaande video leert je hoe het gemeenschappelijke gespenne verbindingsmechanisme werkt.

Bekijk de onderstaande video:

Voordelen en nadelen van spennen en spennuten (gespenne verbindingen)

Voordelen:

Hieronder staan de voordelen van asspennen gespenne verbindingen in hun verschillende toepassingen:

• Hun productiekosten zijn drastisch laag.
• Biedt middels tot hoge koppelingoverdracht.
• Gemakkelijk te monteren en demonteren.
• Kunnen hergebruikt of op andere componenten van hetzelfde type worden vastgezet.
• Het is een standaardmethode (ISO, BS, DIN, & ANSI).

Nadelen:

Enkele beperkingen treden nog steeds op ondanks de voordelen van gespenne verbindingen. Hieronder staan de nadelen van gespenne verbindingen in hun verschillende toepassingen:

• Het kan niet gebruikt worden voor wisselende richtingsbelasting en schokken.
• Te stevig vastgezette gespenne verbindingen kunnen moeilijk te demonteren worden.
• Veroorzaakt as-onwucht.
• Ze introduceren spanningsconcentraties door het kerbeffect en verzwakken de assterkte.
• Mogelijke axiale verplaatsing van de naaf tenzij vergrendeld door een extra component zoals een seegerring of zetschroef.
• Het is moeilijk om de belastingdraagende capaciteit en de tolerantie-opstapeling analyse te berekenen en te combineren.

Conclusie

Gespenne verbindingen zijn een van de geweldige mechanische manieren om kracht over te dragen. Ze worden voornamelijk in een motoras gebruikt om hun doel te bereiken. In dit artikel hebben we de definitie, functie, toepassingen, componenten, typen en werking van spennen en spennuten die een gespenne verbinding vormen behandeld. We hebben ook hun voordelen en nadelen in hun verschillende toepassingen gezien.

Ik hoop dat je de lezing genoten hebt. Deel dit artikel gerust met andere technische studenten. Dank je wel!