UČEBNÉ TEXTY. Odborné predmety TPD. Časti strojov. Druhý, II.B, II.C. Hriadeľové spojky. Ing. Romana Trnková

Transcript

1 Stredná priemyselná škola dopravná, Sokolská 911/94, Zvolen Kód ITMS projektu: Názov projektu: Zvyšovanie flexibility absolventov v oblasti dopravy UČEBNÉ TEXTY Vzdelávacia oblasť: Predmet: Ročník, triedy: Tematický celok: Vypracoval: Odborné predmety TPD Časti strojov Druhý, II.B, II.C Hriadeľové spojky Ing. Romana Trnková Dátum: február, marec 2015 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ

2 Obsah 1. Hriadeľové spojky Mechanicky neovládané spojky Mechanicky ovládané spojky Princíp funkcie vybraných druhov spojok Mechanická spojka Hydraulická spojka Elektrická spojka Voľnobežná spojka Návrh a výpočet hriadeľovej spojky Použité zdroje:... 9 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 1 z 10

3 1. Hriadeľové spojky Podľa konštrukcie, použitia a princípu práce možno spojky rozdeliť na: - Mechanické - Elektromagnetické - Hydrodynamické Mechanické spojky prenášajú krútiaci moment vzájomným dotykom oporných alebo trecích plôch svojich častí. Okrem spojenia hriadeľov a prenosu krútiaceho momentu majú často ešte množstvo špeciálnych vlastností. Elektromagnetické spojky pracujú na princípe pôsobenia magnetických polí a môžu slúžiť ako rozbehové, poistné, regulačné spojky a ako brzdy. Hydrodynamické spojky sú v podstate sklzové (asynchrónne) spojky, ktoré využívajú na prenos krútiaceho momentu hydrodynamický účinok kvapaliny. Ovládanie: - Mechanické - Elektromagnetické - Hydraulické - Pneumatické Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 2 z 10

4 1.1. Mechanicky neovládané spojky 1. Pevné spojky - Používajú sa na stále spojenie dvoch hriadeľov - Vhodné sú na spojenie celkom súosových hriadeľov; neumožňujú ani axiálny ani radiálny posuv - Sú charakterizované nepružným prenosom M k, netlmia rázy - Vyžadujú si presnosť výroby; iba občasnú demontáž - Najčastejšie druhy : rúrkové, misková prírubová a kotúčová 2. Vyrovnávacie spojky Dilatačné spojky umožňujú posuv v smere osi hriadeľa (napr. pri tepelnej dilatácii). Výkyvné spojky umožňujú uhlové výchylky spojovaných hriadeľov, prípadne i osové dilatácie a radiálne posunutie hriadeľov. Axiálna ozubová spojka (vyrovnávacia, kompenzačná) dovoľuje hriadeľom vzájomný pohyb v osovom smere. Každá polovica tejto spojky má zuby, ktoré zapadajú do seba. Na tomto princípe sa vyrába veľké množstvo konštrukčne odlišných spojok. Krížová spojka (Oldhamova) umožňuje axiálne posuvy a výchylky v súosovom smere pri zachovaní rovnobežnosti hriadeľov. Skladá sa z dvoch rovnakých častí a krížového kotúča, ktorý svojimi výstupkami zapadá do žliabkov hnacej a hnanej časti spojky (spojenie s tvarovým stykom). Používa sa veľmi často v obrábacích strojoch, vyrába sa v rôznych konštrukčných úpravách pre malé a stredné krútiace momenty. Kĺbová spojka jednoduchá alebo dvojitá umožňuje uhlové výchylky hriadeľov (pri nepružnom prenose) krútiaceho momentu. Nevýhodou kĺbových spojok je nerovnomernosť chodu hnaného hriadeľa pri konštantnej uhlovej rýchlosti ω Pružné spojky Spájajúcim členom hnacej časti pružných spojok jeden alebo viac pružných spojok je jeden alebo viac pružných článkov z ocele, gumy, kože alebo plastu. Svojou deformáciou zmierňujú pružné články nárazy v spojke, čím sa akumuluje nárazová energia, ktorá sa potom odovzdáva s oneskorením. Súčasne sa pohlcuje kinetická energia nárazu trením a mení sa na tepelnú energiu. Pri spojke s lineárnou charakteristikou tuhosť spojky Pružné spojky, ktoré pracujú s tlmením a akumuláciou nárazu majú pri zaťažovaní a odľahčovaní rôzne charakteristiky (lineárne alebo krivkové). Pružné čapové spojky majú rôzny tvar i materiál puzdier (najčastejšie sú gumové). Tlak medzi čapom a pružným článkom (spoj s tvarovým stykom) nemá prekročiť dovolenú hodnotu. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 3 z 10

5 Kde D je rozstupový priemer čapov [m, mm], z počet čapov d priemer čapov l dĺžka pružného článku [m, mm] Príklad výpočtu pružnej spojky: Skontrolujte pružné elementy čapovej pružnej spojky, ktorá prenáša výkon P = 4 kw, pri frekvencii otáčok n = 16 s -1. Navrhnuté rozmery spojky: D = 90 mm, z = 4, d = 30 mm, l = 30mm. Spojka je určená pre žeriavový pojazd K = 2,8. Riešenie: (111,4 Nm) (0,69 MPa < p D ) 1.2. Mechanicky ovládané spojky Výsuvné spojky umožňujú umožňujú spojenie alebo rozpojenie hnacieho a hnaného hriadeľa v pokoji alebo počas chodu. - Rozdeľujú sa na zubové a trecie; pri zubových spojkách sa prenáša krútiaci moment ozubením na čelnej alebo na valcovej ploche, pri trecích spojkách trecími silami, ktoré vznikajú medzi činnými plochami spojky. - Ich správna funkcia je podmienená súosovosťou hriadeľov. - Požiadavky na výsuvné spojky: rýchle a ľahké zapnutie, spoľahlivé spojenie po zapnutí, malé opotrebovanie a zahrievanie aj pri častom zapnutí, malé rozmery pre menovitý krútiaci moment, bezrázové zapnutie - Podľa spôsobu ovládania poznáme výsuvné spojky s mechanickým, elektromagnetickým, hydraulickým a pneumatickým ovládaním. Ovládacie zariadenie Sily potrebné na zapínanie a vypínanie výsuvných spojok vyvodzuje ovládacie zariadenie. Voľba druhu ovládania závisí od požiadaviek, ktoré kladieme na spojku, od veľkosti prenášaného výkonu, od frekvencie zapínania a vypínania, od umiestnenia ovládacieho zariadenia a pod. Mechanické ovládanie - pri malých presúvacích silách sa používa priame ručné ovládanie pákovým prevodom, ku ktorému sa pri väčších presúvacích silách pripájajú ešte ďalšie mechanizmy (napr. pohybová skrutka, ozubený segment s pastorkom a iné). Hydraulické ovládanie (napr. lamelovej trecej spojky) pozostáva z tlakového valca s vybraním, do ktorého zapadá ovládacia páka. Pákou sa presúva objímka spojky (ktorej konštrukcia sa oproti mechanickému ovládanie nemení). Spojka má plynulý záber s možnosťou regulácie zmenou tlaku oleja. Pneumatické ovládacie zariadenie sa skladá z tlakového valca a z ovládacej páky. Konštrukcia pneumatického valca sa podobá hydraulickému. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 4 z 10

6 Výsuvné spojky ovládané elektricky (elektromagnetom) predstavujú moderný prvok v ovládacej technike; ovládanie je diaľkové, sú vhodné pre mechanizáciu a automatizáciu výrobných ovládacích liniek. Funkčné plochy týchto spojok majú mechanický styk a neodlišujú sa od mechanicky ovládaných spojok Princíp funkcie vybraných druhov spojok Mechanická spojka Pružná spojka pozostáva z dvoch nábojov a pružného segmentu v tvare ozubeného prstenca, ktorý zabezpečuje bezpreklzový prenos M k, pri súčasnom tlmení torzných rázov. Pružná mechanická spojka Hydraulická spojka Hydraulická spojka prenáša M k pohybovou energiou kvapaliny. Čerpadlové koleso je poháňané hnacím strojom, ktoré dáva pretekajúcej kvapaline kinetickú energiu. Túto energiu preberá turbínové koleso a odovzdáva ju ďalej hnanému stroju, s ktorým je pevne spojené. Pre dobré prevádzkové vlastnosti sa tieto spojky uplatňujú najmä v stavebných a cestných strojoch. Jednoduchá hydrodynamická spojka Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 5 z 10

7 Elektrická spojka Krútiaci moment sa prenáša vzájomným pôsobením magnetických polí hnacej a hnanej časti spojky. Hnacia časť spojky magnetové koleso, v ktorej je umiestnené budiace vinutie, je udržiavaná s hnacou časťou kotvou vzájomnou elektromagnetickou väzbou, ktorá sa prerušením toku prúdu ruší. Zapnutím budiaceho prúdu vznikne magnetické pole, ktoré sa otáča synchrónne s magnetovým kolesom. Vzájomným pôsobením prúdu v kotve a magnetického poľa magnetového kolesa vzniká unášavý krútiaci moment. Elektromagnetická spojka Voľnobežná spojka Voľnobežná valčeková spojka Voľnobežná valčeková spojka Voľnobežné spojky sa používajú na prenos krútiaceho momentu v jednom zmysle otáčania, pri opačnom zmysle otáčania sa spojka rozpojí. Vybrania pre voľne uložené valčeky sú vo vnútornej časti, vonkajšia časť je hladká, valcová. Pri otáčaní hnacej časti sa valčeky zaklinujú medzi plôšky vo vybraní hnacej časti a valcový povrch hnanej polovice spojky, čím sa obidve polovice pevne spoja. Predpokladom prenosu krútiaceho momentu je samozvernosť medzi valčekmi a opornou plochou. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 6 z 10

8 (Téma) 1.4. Návrh a výpočet hriadeľovej spojky Navrhnite, vypočítajte a nakreslite zostavu poistnej hriadeľovej spojky so strižným kolíkom. Hriadeľom sa prenáša maximálny výkon P = 1,47 kw pri n = 200min-1. Poistná spojka má dovoliť maximálne preťaženie 15%. Rámcový postup úlohy Výpočet hriadeľa Návrh telesa spojky a pera Návrh a výpočet kolíka Kontrolný výpočet rozmerov Výkres zostavy spojky Tabuľky tolerancií Postup pri riešení 1. Pre pomer < 1 počítame priemer hriadeľa podľa vzťahu: Priemer hriadeľa možno určiť podľa tohto vzťahu pre modul pružnosti G = MPa a ϕ = 0,25 /1m. Vychádza hriadeľ s normalizovaným priemerom 40mm. 2. v šmyku Pre poistnú spojku volíme vonkajší priemer náboja keď d je priemer konca hriadeľa, a keď sme zvolili materiál kotúča spojky oceľ na odliatky. Pre valcový koniec hriadeľa s priemerom d = 36 mm podľa STN bude dĺžka konca hriadeľa a teda aj dĺžka náboja 70 mm. Príslušné pero podľa STN má šírku b = 10 mm, výšku h = 8 mm, dĺžka môže byť od 56 do 220 mm použijeme priemer 65mm. 3. Polomer kružnice, na ktorej leží otvor pre kolík v prírube spojky, bol predbežne zvolený R1 = 45 mm Pre, Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 7 z 10

9 Pre materiál kolíka je minimálna pevnosť v ťahu σ Pt = 500 MPa, z toho minimálna pevnosť v šmyku bude Kolík počítame na pevnosť v šmyku, pretože pre prekročení výkonu o 15% sa má kolík skutočne porušiť; preto sa v tomto prípade neuvažuje dovolené namáhanie. 4. Treba urobiť výpočet pre normalizovaný priemer kolíka d = 3mm. Kolík je uložený v kalenom puzdre z materiálu , aby sa zabránilo otlačeniu otvoru. Vonkajší priemer puzdra bude 10 mm, uloženie pre jeho nalisovanie Ø 10 H7/r6. Pre kolík u brúseného materiálu Ø 3 h8 bude konečné obrobenie diery Ø 3 H8. Kolík je poistený proti vysunutiu plechovou podložkou a poistným krúžkom. Alternatívne úlohy Navrhnite podobné spojenie hriadeľov spojkou so strižným kolíkom pre tieto údaje: Prenášaný výkon 2,57 (3,5) 0,88 (1,2) 1,83 (2,5) 0,51 (0,7) kw(k) Otáčky hriadeľa min -1 Maximálne preťaženie % Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 8 z 10

10 2. Použité zdroje: 1. J. Bartoš a kol., Zbierka konštrukčných úloh z častí strojov II. vydanie, ALFA 1978, Král, Suchanský, Križan, Stavba a prevádzka strojov, ISBN , ALFA Bartoš, Novák, Šlégl, Časti strojov II,III, ALFA 1972, Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ Strana 9 z 10