Optimum Design of Machine Elements

NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF ATHENS SCHOOL OF MECHANICAL EN- GINEERING MECHANICAL CONSTRUCTIONS AND AUTOMATIC CONTROL SECTION MACHINE ELEMENTS LABORATORY Director: Th. Costopoulos, D.Sc. NTUA ME Proceedings of Machine Design Training Mechanical Design Optimum Design of Machine Elements Theodore Costopoulos, D.Sc. ATHENS 2009

- 2-1. Κανόνες βέλτιστου σχεδιασμού μηχανών και εξαρτημάτων Περιλαμβάνονται οι κανόνες βέλτιστου σχεδιασμού των Μηχανών και των εξαρτημάτων τους. 2. Δυνάμεις, τάσεις και διαστασιολόγηση στοιχείων μηχανών Περιλαμβάνονται τα εξαρτήματα μηχανών όπως υπολογίζονται στα Στοιχεία Μηχανών Ι και χρήση μεθόδων βελτιστοποίησης.

- 3-3. Έδρανα κυλίσεως 3.1 Είδη εδράνων κυλίσεως Τα εξαρτήματα των μηχανών που συνεργάζονται για την μετάδοση κίνησης και μεταφορά ισχύος στηρίζονται επί των ατράκτων μέσω συνδέσμων. Οι άτρακτοι μέσω των εδράσεων στηρίζονται στο κέλυφος και του μεταφέρουν τα φορτία, όπως στο σχήμα 3.1 όπου φαίνεται και ο τρόπος υπολογισμού της φόρτισης της ατράκτου, σε δύο επίπεδα, για τον έλεγχό της σε σύνθετη καταπόνηση. Η χρήση των εδράνων είναι καταλυτική στην άνευ προβλήματος μετάδοση κίνησης και μεταφοράς ισχύος,. Ειδικότερα, τα έδρανα κυλίσεως, κοινώς ρουλεμάν, επειδή έχουν μικρόν συντελεστή απωλειών έναντι των άλλων εδράνων ονομάστηκαν αντιτριβικά. Σήμερα που η ανάγκη μεγιστοποίησης του βαθμού απόδοσης των μηχανών και η αύξηση της παραγωγικότητας με αντίστοιχη μείωση του κόστους των προϊόντων είναι πρωταρχικός παράγων επιβίωσης μιας βιομηχανικής μονάδας, η ποιότητα των εδράνων έχει τεράστια σημασία. Ποιότητα με σωστή επιλογή, καλή εφαρμογή και η ενδεδειγμένη συντήρηση αποτελούν το τετράπτυχο μιας επιτυχημένης εγκατάστασης. Κάθε τύπος εδράνου κυλίσεως, λόγω των συγκεκριμένων χαρακτηριστικών του, είναι κατάλληλος για ορισμένες εφαρμογές και χρήσεις που καθορίζονται από τα δεδομένα και την φύση του προβλήματος, για την λύση του οποίου προορίζεται. Στα δεδομένα του προβλήματος περιλαμβάνονται τα εφαρμοζόμενα φορτία (ακτινικά ή εγκάρσια και αξονικά) από πλευράς μεγέθους, τρόπου και φοράς (σταθεράς ή εναλλασσομένης) εφαρμογής τους, η ταχύτητα περιστροφής των στροφέων, η διάρκεια ζωής που απαιτείται για τα ζητούμενα έδρανα, ο διαθέσιμος ακτινικός ή αξονικός χώρος κλπ. Τα έδρανα κυλίσεως αποτελούνται από τέσσερα στοιχεία: τα σώματα κυλίσεως, τον κλωβό των σωμάτων κυλίσεως, και το εσωτερικό και εξωτερικό στοιχείο. Τα σώματα κυλίσεως μπορεί να είναι σφαίρες (Balls) ή κύλινδροι, κώνοι, βαρελοειδή σώματα κλπ. (Rollers), και έτσι τα αντίστοιχα έδρανα κυλίσεως λέγονται ένσφαιρα (Ball bearings) ή κυλινδρικά, κωνικά, βαρελοειδή κλπ. (Roller bearings). Μπορεί να έχουν μία ή δύο σειρές σωμάτων κυλίσεως και έτσι να είναι απλά ή διπλά. Ανάλογα με την διεύθυνση του βασικού τους φορτίου διακρίνονται, σχήμα 3.2, σε: Εγκάρσια ή ακτινικά έδρανα, που είναι κατάλληλα κυρίως για εγκάρσια (ακτινικά) φορτία και έχουν δακτυλιοειδή μορφή, δεδομένου ότι τόσο το εσωτερικό όσο και το εξωτερικό στοιχείο είναι δακτύλιοι. Αξονικά ή ωστικά έδρανα που παραλαμβάνουν μόνον αξονικά (ωστικά) φορτία και έχουν δισκοειδή μορφή, δεδομένου ότι το εσωτερικό και το εξωτερικό στοιχείο είναι δίσκοι. Συνδυασμένης φορτίσεως που παραλαμβάνουν τόσο εγκάρσια όσο και αξονικά φορτία και είναι είτε δακτυλιοειδούς είτε δισκοειδούς μορφής.

- 4 - Σχήμα 3.1 Φόρτιση ατράκτου και εδράσεων

- 5 - Σχήμα 3.2 Είδη και στηρίξεις εδράνων κυλίσεως

- 6 - Οι βασικότεροι τύποι των εδράνων κυλίσεως είναι δίδονται κατωτέρω. Ένσφαιρα έδρανα βαθείας αύλακος, σχήμα 3.3, αποτελούν τον πλέον συνήθη τύπο εδράνων και έχουν ευρείαν εφαρμογή όταν υπάρχουν μόνον εγκάρσια ή εγκάρσια και όχι μεγάλα αξονικά φορτία. Επειδή η ικανότητα φορτίσεως ενός εδράνου εξαρτάται από τον αριθμό των σωμάτων κυλίσεως, οι τριβείς βαθείας αύλακος συναντώνται σε ποικίλους συνδυασμούς και σχεδιασμούς. Σε αυτό σημαντικό ρόλο παίζει ο κλωβός των σωμάτων κυλίσεως, που πρέπει να είναι μονοκόμματος και πολύ ισχυρός. Υπάρχουν έδρανα μονής σειράς και διπλής σειράς. Στα διπλής σειράς έχουν κοινό εσωτερικό στοιχείο και κοινό εξωτερικό στοιχείο σε καθένα εκ των οποίων υπάρχουν δύο υποδοχές στις οποίες εργάζονται οι δύο σειρές σφαιρών. Ο σχεδιασμός αυτός εξασφαλίζει αντοχή σε υψηλά εγκάρσια και αρκετά αξονικά φορτία, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση φορτίσεως, σε χώρο μικρότερο από εκείνον που απαιτούν δύο ανεξάρτητα έδρανα μονής σειράς για τα ίδια δεδομένα. Τα έδρανα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανά δύο ή τρία μαζί για να αντιμετωπίσουν διάφορες καταστάσεις φορτίσεως. είναι κατάλληλα για υψηλές στροφές. Λόγω της πολύπλευρης χρήσης τους και της χαμηλής τιμής τους, τα ένσφαιρα ρουλεμάν είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα ρουλεμάν. Η γωνιακή αυτορρύθμιση αυτών των εδράνων είναι ελάχιστη, γι αυτό οι θέσεις έδρασης πρέπει να είναι καλά ευθυγραμμισμένες. Τα δίσφαιρα ρουλεμάν μπορούν να δέχονται αξονικά φορτία και προς τις δύο κατευθύνσεις, δεν είναι όμως κατάλληλα για περιπτώσεις όπου θα υπάρξουν γωνιακά λάθη. Τα ένσφαιρα έδρανα κλειστού τύπου με προστατευτικές πλάκες (στεγανοποίηση χωρίς επαφή) ή με στεγανοποιητικές πλάκες (στεγανοποίηση με επαφή), επιτρέπουν απλές κατασκευές. Υπάρχουν ρουλεμάν κλειστά από τη μια πλευρά και κλειστά και από τις δύο πλευρές. Τα κλειστά ρουλεμάν και από τις δύο πλευρές καθώς και τα δίσφαιρα ρουλεμάν πρέπει να γεμίζουν με σωστά υπολογισμένη ποσότητα γράσου. Ένσφαιρα ρουλεμάν γωνιώδους επαφής, σχήμα 3.4. Τα έδρανα αυτά χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις υψηλών αξονικών φορτίων μίας κατευθύνσεως. Η γωνία επαφής μεταξύ των σφαιρών και του διαδρόμου εργασίας τους είναι σχεδιασμένη μεγαλύτερη από την αντίστοιχη γωνία επαφής των εδράνων βαθείας αύλακος, εξασφαλίζοντας έτσι μεγαλύτερη ικανότητα σε αξονική φόρτιση. Τα ένσφαιρα ρουλεμάν γωνιώδους επαφής δεν είναι λυόμενα. Επιτυγχάνουν υψηλές στροφές και για να φθάσουν τις μέγιστες στροφές πρέπει οι θέσεις έδρασής τους να είναι κατεργασμένες με μεγάλη ακρίβεια. Μεγάλη προσοχή πρέπει να δίνεται και στη σωστή λίπανσή τους. Τα έδρανα γωνιώδους επαφής, χρησιμοποιούμενα κατά ζεύγη, δημιουργούν σταθερές εδράσεις υψηλών αξονικών φορτίσεων και προς τις δύο κατευθύνσεις. Τα ένσφαιρα ρουλεμάν τεσσάρων σημείων επαφής ομοιάζουν να ανήκουν στην κατηγορία των μονόσφαιρων ρουλεμάν γωνιώδους επαφής και δέχονται αξονικές δυνάμεις και προς τις δύο κατευθύνσεις. Σε αξονική διατομή, η μορφή των τροχιών κύλισης εσωτερικού και εξωτερικού δακτυλίου, ομοιάζει με κυκλικά τόξα. Ο εσωτερικός δακτύλιος των σφαιρικών ρουλεμάν τεσσάρων σημείων επαφής αποτελείται από δύο μέρη, πράγμα που επιτρέπει τον εφοδιασμό των ρουλεμάν με πολλές σφαίρες.

- 7 - Τα ένσφαιρα ρουλεμάν γωνιώδους επαφής διπλής σειράς είναι από κατασκευαστικής απόψεως αντίστοιχα με ένα ζεύγος ένσφαιρων ρουλεμάν γωνιώδους επαφής μονής σειράς σε διάταξη-ο. Είναι κατάλληλα να δέχονται μεγάλες ακτινικές δυνάμεις και αξονικές δυνάμεις και προς τις δύο κατευθύνσεις. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για εδράσεις που απαιτούν σταθερή αξονική καθοδήγηση. Τα μικρά ένσφαιρα ρουλεμάν γωνιώδους επαφής διπλής σειράς που δεν φέρουν εγκοπές πλήρωσης στοιχείων κύλισης, μπορούν να δέχονται αναλογικά με τις διαστάσεις τους μεγάλα αξονικά φορτία και προ τις δύο κατευθύνσεις. Τα μεγάλα ένσφαιρα ρουλεμάν διπλής σειράς, έχουν στη μία πλευρά εγκοπές πλήρωσης με στοιχεία κύλισης. Τα ρουλεμάν αυτά πρέπει να συναρμολογούνται έτσι ώστε το μεγαλύτερο φορτίο να το δέχονται οι τροχιές κύλισης που δε φέρουν εγκοπές πλήρωσης. Για μεγάλες αξονικές δυνάμεις εναλλασσομένων κατευθύνσεων υπάρχουν τα δίσφαιρα ρουλεμάν γωνιώδους επαφής με διαιρούμενο εσωτερικό δακτύλιο. Τα δίσφαιρα αυτορρύθμιστα έδρανα κυλίσεως, σχήμα 3.5, μπορούν να αντιμετωπίσουν μεγάλες αποκλίσεις του άξονα της ατράκτου. Τα ρουλεμάν αυτά έχουν σφαίρες σε δύο σειρές. Με κατάλληλη κατεργασία του διαδρόμου εργασίας στον εξωτερικό δακτύλιο ο διάδρομος αποκτά σφαιρική μορφή και έτσι τα στοιχεία κύλισης μπορούν να αυτορρυθμίζονται και να εξομαλύνουν τυχόν μικρά λάθη ευθυγράμμισης, κάμψεις αξόνων και παραμορφώσεις εδράνων Όμως έτσι μειώνεται η ικανότητα φόρτισης του εδράνου. Τα στεγανά δίσφαιρα αυτορρύθμιστα ρουλεμάν φέρουν στεγανωτικές πλάκες και στις δύο πλευρές (στεγανοποίηση επαφής) και εφοδιάζονται με επαρκή ποσότητα γράσου κατά τη κατασκευή τους. Η γωνιακή απόκλιση των δίσφαιρων αυτορρύθμιστων ρουλεμάν μπορεί να φτάσει περίπου τις 3 ο προς κάθε πλευρά ενώ στα στεγανά ρουλεμάν, το μέγιστο στις 1,5 ο. Τα κυλινδρικά έδρανα κυλίσεως, σχήμα 3.6, έχουν κυλινδρικά σώματα κυλίσεως που κυλίονται σε διαδρόμους (υποδοχές) κυλινδρικής μορφής. Τα σώματα κυλίσεως έχουν διάμετρο περίπου ίση με το μήκος τους και έχουν στρογγυλεύσεις στα άκρα τους για την ανακούφιση από υψηλές τάσεις. Τα έδρανα αυτά δύνανται να παραλαμβάνουν μόνον εγκάρσια (ακτινικά) φορτία, και χρησιμοποιούνται συνήθως στις ελεύθερες εδράσεις όπου παραλαμβάνονται οι θερμικές διαστολές και οι, λόγω φορτίων, μετατοπίσεις των ατράκτων. Ειδικά σχεδιασμένοι κυλινδρικοί τριβείς μπορούν να παραλάβουν μικρό αξονικό φορτίο. Τα κυλινδρικά ρουλεμάν, με κάποιες εξαιρέσεις, είναι λυόμενα, πράγμα που διευκολύνει το μοντάρισμα και το ξεμοντάρισμά τους. Και οι δύο δακτύλιοι του ρουλεμάν μπορούν να συναρμολογηθούν με σφιχτή συναρμογή. Το τρήμα (εσωτερική διάμετρος) του ρουλεμάν διπλής σειράς μπορεί να έχει μορφή κυλινδρική ή κωνική. Η ειδική γραμμική επαφή μεταξύ κυλίνδρων και τροχιών κύλισης εμποδίζει τη δημιουργία τάσεων στα άκρα. Η γωνιακή αυτορρύθμιση των κυλινδρικών ρουλεμάν είναι πολύ μικρή έως μηδενική. Μάλιστα όσο μεγάλυτερο είναι το πλάτος του ρουλεμάν, τόσο πιο μικρές είναι οι τιμές της γωνίας αυτορρύθμισης του εδράνου. Οι θέσεις έδρασης των κυλινδρικών ρουλεμάν διπλής

- 8 - σειράς πρέπει να είναι πολύ καλά ευθυγραμμισμένες. Με τα κυλινδρικά ρουλεμάν επιτυγχάνονται υψηλές στροφές ατράκτων. Για εδράσεις ειδικά μεγάλων φορτίων χρησιμοποιούνται κυλινδρικά ρουλεμάν μεγάλου αριθμού κυλίνδρων. Τα βαρελοειδή έδρανα κυλίσεως, σχήμα 3.7, έχουν διπλή σειρά σωμάτων κυλίσεως και πέραν των πολύ μεγάλων ακτινικών φορτίων μπορούν να παραλάβουν αξονικά φορτία και προς τις δύο κατευθύνσεις φορτίσεως. Επίσης, λόγω της σφαιρικής μορφής των διαδρόμων, μπορούν να αυτορρυθμίζονται. Είναι κατάλληλα για τις πιο δύσκολες καταπονήσεις, όμως δεν είναι κατάλληλα για μεγάλες ταχύτητες. Έχουν δύο σειρές από συμμετρικά βαρελάκια που ρυθμίζονται αυτόματα από μόνα τους στη σφαιρική τροχιά κύλισης του εξωτερικού δακτυλίου. Έτσι εξισώνονται κάμψεις αξόνων και λάθη ευθυγράμμισης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι βαρελοειδών ρουλεμάν. Τα βαρελοειδή ρουλεμάν, όταν μπορούν εκ κατασκευής να επιτρέπουν στενή πρόσφυση στα βαρελάκια με τις τροχιές κύλισης, τότε επιτυγχάνουν ομοιόμορφη κατανομή τάσεων και μεγάλη ικανότητα φόρτισης. Για πολύ δύσκολες εδράσεις, π.χ. δονητικά μηχανήματα, υπάρχουν ειδικότερης κατασκευής βαρελοειδή έδρανα με περιορισμένες ανοχές διαστάσεων και ακτινικού διακένου. Τέλος, τα βαρελοειδή έδρανα διπλής σειράς, μπορεί να έχουν κυλινδρικό ή κωνικό εσωτερικό άνοιγμα. Τα βαρελοειδή έδρανα, ανάλογα με τον τύπο τους και το φορτίο, μπορούν να διορθώνουν γωνιακή απόκλιση μέχρι 2,5 ο.. Είναι ευαίσθητα σε απρόβλεπτη αξονική μετακίνηση της ατράκτου. Τα κωνικά έδρανα κυλίσεως, σχήμα 3.8, είναι σχεδιασμένα κατά τρόπον ώστε οι γραμμές των κωνικών επιφανειών να διέρχονται δια κοινού σημείου του άξονα του εδράνου. Εξ αιτίας της κωνικότητάς τους και της μεγάλης επιφάνειας επαφής μπορούν να παραλάβουν υψηλά φορτία, τόσο ακτινικά όσο και αξονικά. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε χαμηλές ταχύτητες. Τα κωνικά ρουλεμάν, με εξαίρεση τα κωνικά ρουλεμάν κλειστού τύπου, είναι λυόμενα ρουλεμάν. Τα δύο μέρη του μπορούν να συναρμοστούν χωριστά. Η ειδική γραμμική επαφή μεταξύ των κώνων και των τροχιών κύλισης δεν επιτρέπει τη δημιουργία τάσεων στα άκρα. Επειδή τα κωνικά ρουλεμάν δέχονται αξονικές δυνάμεις μόνο προς μία κατεύθυνση, συνδυάζονται συνήθως με δεύτερο κωνικό ρουλεμάν που δέχεται τις αξονικές δυνάμεις προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ο συνδυασμός των ρουλεμάν είναι ανά ζεύγη σε διάταξη Χ. Το αξονικό διάκενο του ζεύγους των ρουλεμάν ρυθμίζεται με δακτύλιο απόστασης μεταξύ τους των εξωτερικών δακτυλίων. Με τέτοια ζεύγη ρουλεμάν δεν επιτυγχάνονται συνήθως οι στροφές των μεμονωμένων ρουλεμάν, γι αυτό τα όρια στροφών είναι χαμηλότερα. Λόγω της γραμμικής επαφή των δωμάτων κύλισης στους κόλουρους κώνους, η γωνιακή αυτορρύθμιση είναι πολύ μικρή. οι θέσεις έδρασης των κωνικών ρουλεμάν πρέπει να είναι καλά ευθυγραμμισμένες. Τα κωνικά ρουλεμάν κλειστού τύπου με περισσότερα σώματα κύλισης διατίθενται στο εμπόριο σε έτοιμες μονάδες ανά ζεύγη για συνάρμοση σε διάταξη Ο. Τα ωστικά ή αξονικά έδρανα, σχήμα 3.9, έχουν τα ίδια στοιχεία με τα υπόλοιπα έδρανα, μόνο που οι διάδρομοι εργασίας των σωμάτων κυλίσεως είναι περίπου

- 9 - κάθετοι στον άξονα του εδράνου και όχι περίπου παράλληλοι προς αυτόν, όπως συμβαίνει στα εγκάρσια έδρανα. Τα σώματα κυλίσεως μπορεί να είναι σφαιρικά, κυλινδρικά ή βαρελοειδή και τα έδρανα μπορεί να είναι απλά ή διπλά. Τα αξονικά ένσφαιρικά ρουλεμάν κατασκευάζονται σε δύο παραλλαγές: ρουλεμάν απλής και διπλής ενέργειας. Και οι δύο παραλλαγές δέχονται μεγάλες αξονικές δυνάμεις. Εκτός από την παραλλαγή με επίπεδες πλάκες, υπάρχουν αξονικά σφαιρικά ρουλεμάν με σφαιρικές πλάκες έδρας και πλάκες υποστήριξης. Οι επιφάνειες στήριξης των πλακών του ρουλεμάν πρέπει να είναι παράλληλες μεταξύ τους. Τα αξονικά κυλινδρικά ρουλεμάν είναι κατάλληλα για σταθερές εδράσεις, ικανές να δέχονται μεγάλα φορτία και να μην επηρεάζονται από κρουστικά φορτία. Η απλή μορφή των εξαρτημάτων των ρουλεμάν επιτρέπει πολλούς συνδυασμούς. Τα αξονικά κυλινδρικά ρουλεμάν χρησιμοποιούνται όταν δεν επαρκούν τα αξονικά ένσφαιρα ή άλλα αξονικά ρουλεμάν. Η απλή γεωμετρική μορφή των εξαρτημάτων των ρουλεμάν επιτρέπει πολύ μεγάλες ακρίβειες κατασκευής. Τα αξονικά βαρελοειδή ρουλεμάν δέχονται μεγάλες αξονικές δυνάμεις και είναι κατάλληλα για σχετικά υψηλές στροφές. Επειδή η τροχιά κύλισης έχει κλίση προς τον άξονα του ρουλεμάν, αυτά τα ρουλεμάν δέχονται επίσης και ακτινικές δυνάμεις οι οποίες πρέπει να είναι μικρότερες από 55 % της αξονικής δύναμης. Τα αξονικά βαρελοειδή ρουλεμάν έχουν συνήθως ασύμμετρα βαρελάκια. Εκτός από ορισμένες εξαιρέσεις, τα αξονικά βαρελοειδή ρουλεμάν πρέπει να λιπαίνονται με υγρό λιπαντικό. Λόγω της σφαιρικής πλάκας έδρασης τα αξονικά βαρελοειδή ρουλεμάν είναι αυτορρύθμιστα και γι αυτό δεν επηρεάζονται από λάθη ευθυγράμμισης και κάμψεις αξόνων. Τα παλινδρομικά ρουλεμάν είναι εξαρτήματα μηχανών, δοκιμασμένων και μοντέρνων κατασκευών για παλινδρομικές εδράσεις με ελάχιστη τριβή και χωρίς προβλήματα κίνησης.. Η καταλληλότητά τους έχει διαπιστωθεί ακόμα και στις πιο δύσκολες πρακτικές. Υπάρχουν επίσης παλινδρομικά ρουλεμάν για ταυτόχρονες παλινδρομικές και περιστροφικές κινήσεις χωρίς προσθήκη ακτινικού ρουλεμάν. Εκτός από τις παραπάνω βασικές κατηγορίες εδράνων, υπάρχουν και έδρανα που κατασκευάζονται αποκλειστικά από τους κατασκευαστές ρουλεμάν για να εξυπηρετηθούν οι υψηλές ανάγκες ορισμένων εφαρμογών. Τα παραπάνω ειδικά έδρανα καθώς και πολλά άλλα έδρανα ειδικών εφαρμογών κατασκευάζονται συνήθως κατά τη συνεργασία των κατασκευαστών εδράνων με τις κατασκευάστριες εταιρίες των μηχανών. Με τον τρόπο αυτό χρησιμοποιείται η τεχνογνωσία των κατασκευαστών ρουλεμάν στην επίτευξη των προϊόντων που θα ικανοποιούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού που ζητούν οι μηχανικοί των εταιριών κατασκευής των μηχανών.

- 10 - Σχήμα 3.3 Έδρανα κυλίσεως βαθείας αύλακος

- 11 - Σχήμα 3.4 Έδρανα κυλίσεως γωνιώδους επαφής

- 12 - Σχήμα 3.5 Αυτορρύθμιστα έδρανα κυλίσεως

- 13 - Σχήμα 3.6 Κυλινδρικά έδρανα κυλίσεως

- 14 -

- 15 - Σχήμα 3.7 Βαρελοειδή έδρανα κυλίσεως Σχήμα 3.8 Κωνικά έδρανα κυλίσεως

- 16 - Σχήμα 3.9α Αξονικά ένσφαιρα έδρανα κυλίσεως Σχήμα 3.9β Αξονικά έδρανα κυλίσεως 3.2 ιάρκεια ζωής εδράνου Το σύνολο των περιστροφών που μπορεί να κάνει ένα έδρανο, λειτουργώντας κανονικά με το φορτίο του, μέχρι να εμφανισθούν σημεία κοπώσεως σε κάποιο στοιχείο του λέγεται διάρκεια ζωής του εδράνου. Όταν το 10 % ενός μεγάλου αριθμού ομοίων εδράνων (ίδιων διαστάσεων και λοιπών χαρακτηριστικών, με ίδια φορτία και συνθήκες λειτουργίας) εμφανίσει σημεία κοπώσεως από ορισμένη διάρκεια ζωής και επάνω τότε αυτός ο αριθμός στροφών λέγεται ονομαστική 6 διάρκεια ζωής ολόκληρης της σειράς των ομοίων αυτών εδράνων ήτοι L 10 10 στροφές, στις οποίες θα αντέχει το 90 % των εδράνων της σειράς. Ένα έδρανο με

- 17 - ονομαστική διάρκεια ζωής λειτουργίας L στροφές έχει διάρκεια ζωής σε ώρες 10 6 10 όπου L 10 = L h L 60 n 10 6 10 η ονομαστική διάρκεια ζωής σε 6 10 περιστροφές n = ο αριθμός στροφών ανά πρώτο λεπτό (rpm) Το σταθερό φορτίο C ενός εδράνου, για το οποίο η ονομαστική διάρκεια ζωής 6 100 είναι 10 στροφές (δηλαδή L10 1) ή Lh 500 ώρες λειτουργίας σε n 3 rpm λέγεται αριθμός δυναμικής αντοχής ή δυναμική ικανότης φορτίσεως. Εάν Ρ είναι το ισοδύναμο φορτίο του εδράνου, όπως αυτό προκύπτει από τον συνδυασμό του εγκάρσιου και αξονικού φορτίου, έχει ευρεθεί ότι L 10 C P όπου k 3 για έδρανα με σώματα κυλίσεως σφαίρες 10 k για όλα τα άλλα έδρανα. 3 Στον επόμενο πίνακα δίδονται τα n, C P, L 10, k L h για διάφορα έδρανα. Αν ληφθούν υπόψη οι διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την πραγματική διάρκεια ζωής L του εδράνου (φθορά, υλικό, συνθήκες λειτουργίας) τότε με βάση την νέα θεωρία διαρκείας ζωής θα είναι όπου L a a a L 1 2 3 10 a 1 = συντελεστής εμπιστοσύνης a 2 = συντελεστής υλικού a 3 = συντελεστής συνθηκών λειτουργίας

- 18 - Σχήμα 3.10 Διάρκεια ζωής των ρουλεμάν

- 19 - Για την ανωτέρω ορισθείσα ονομαστική διάρκεια ζωής και για κανονικές συνθήκες λειτουργίας είναι a1 a2 a3 1 Τιμές των συντελεστών αυτών για οποιαδήποτε άλλη περίπτωση δίδονται κατά ISO στη διεθνή βιβλιογραφία. Λόγοι οικολογικοί πλέον αλλά και οικονομικοί επιβάλλουν την χρήση των κατάλληλων συντελεστών από ISO. Εάν τεθούν f L = f n = L h 500 100 3 n 1 k 1 k = συντελεστής διαρκείας ζωής = συντελεστής αριθμού στροφών f t = παράγων θερμοκρασίας (για θερμοκρασία t 100 C είναι f 1) t τότε C fl fn ft P όπως προκύπτει από τις προηγούμενες σχέσεις όταν ληφθεί υπόψη και η επίδραση της θερμοκρασίας. 3.3 Ισοδύναμο φορτίο εδράνου Ένα έδρανο παραλαμβάνει γενικώς τόσο εγκάρσιο F r όσο και αξονικό F a φορτίο. Το ισοδύναμο φορτίο Ρ είναι το υποθετικό φορτίο (σταθερό σε μέγεθος και κατεύθυνση) που δρα ακτινικά σε εγκάρσια έδρανα ή αξονικά σε ωστικά έδρανα, και το οποίο εάν εφαρμοσθεί θα έχει τα ίδια αποτελέσματα στη διάρκεια ζωής του εδράνου τα οποία θα έχουν τα πραγματικά φορτία F r και F a όταν δρουν ταυτοχρόνως. Το ισοδύναμο φορτίο υπολογίζεται από την σχέση όπου P X F Y F r a X = συντελεστής εγκάρσιου φορτίου Y = συντελεστής αξονικού φορτίου Οι συντελεστές X και Y δίδονται στους καταλόγους ρουλεμάν.

- 20 - Σχήμα 3.11 Ανοχές συναρμολόγησης ρουλεμάν με άτρακτο και κέλυφος Για όλες τις εφαρμογές, ακόμη και για τις απλές και αναλόγως του φορτίου καλό είναι να συμβουλευόμαστε τον πίνακα ανοχών που παρέχουν οι κατασκευαστές ρουλεμάν.

- 21 - Σχήμα 3.12 Μηχανικός εξολκέας εδράνων κυλίσεως Σχήμα 3.13 Εφαρμογή υδραυλικής ισχύος στα ρουλεμάν

- 22-3.4 Λίπανση των εδράνων κυλίσεως Ο πρωταρχικός σκοπός της λίπανσης σε ένα έδρανο κύλισης είναι ο διαχωρισμός των συνεργαζομένων επιφανειών που κυλίονται και ολισθαίνουν. Αυτός ο σκοπός σπάνια επιτυγχάνεται, αφού πολύ συχνά έχουμε οριακή λίπανση, όπου μεταλλική επιφάνεια έρχεται σε επαφή με μεταλλική επιφάνεια. Γενικά, ο κατασκευαστής μηχανών αποφασίζει αν ένα έδρανο θα λιπανθεί με γράσο ή λάδι και συνήθως δίνει τις βασικές προδιαγραφές του απαιτούμενου λιπαντικού. Εξαιτίας όμως της αδυναμίας του κατασκευαστή να γνωρίζει με ακρίβεια τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας της μηχανής εντός του βιομηχανικού χώρου, απαιτείται μελέτη της αναγκαίας για τον εξοπλισμό λίπανσης από το προσωπικό της συντήρησης. Σχήμα 3.14 Ελαχίστη απαιτουμένη κινηματική συνεκτικότητα του λιπαντικού για δεδομένο ρουλεμάν και δεδομένες στροφές

- 23 - Εκλογή λιπαντικού. Για την εκλογή του κατάλληλου λιπαντικού χρησιμοποιούνται τα επόμενα δύο διαγράμματα για να βρούμε την αναγκαία συνεκτικότητα του λιπαντικού σε centistokes στη θερμοκρασία λειτουργίας του ως συνάρτηση του μεγέθους του εδράνου και της ταχύτητας περιστροφής του. Για ένα έδρανο κυλίσεως με μέση διάμετρο 335mm, όπως αυτή υπολογίζεται από τον τύπο Όπου d d D /2 d η διάμετρος της ατράκτου D η εξωτερική διάμετρος του ρουλεμάν m που περιστρέφεται με 133 rpm απαιτεί να έχει λιπαντικό με κινηματική συνεκτικότητα 41 cst στη θερμοκρασία λειτουργίας του. Το σχήμα 3.18 περιέχει τα λιπαντικά από τα οποία θα γίνει η επιλογή του πιο κατάλληλου με βάση την κινηματικκή συνεκτικότητα των 41 cst και την θερμοκρασία λειτουργίας, η οποία έστω ότι είναι 70 ο C. Aπό αυτά προκύπτει ότι το λιπαντικό ISO 150 είναι το κατάλληλο για αυτό το ρουλεμάν. Χρειάζεται προσοχή στο ότι η θερμοκρασία του λιπαντικού εντός της φωλιάς του εδράνου είναι υψηλότερη από την μετρουμένη στο κέλυφος. Σχήμα 3.15 Κινηματική συνεκτικότητα λιπαντικών

- 24 -

- 25 -

- 26 -

- 27-4. Οδοντωτοί τροχοί 4.1 Γενικά Οι οδοντωτοί τροχοί, είναι στοιχεία μηχανών που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση περιστροφικής κινήσεως και την μεταφορά ισχύος από κινητήρια σε κινουμένη άτρακτο, μέσω διαδοχικής εμπλοκής συνεργαζομένων οδόντων. Οι οδόντες είναι σχηματισμοί αλλεπάλληλων εσοχών και προεξοχών στην περιφέρεια ενός οδοντωτού τροχού, τέτοιες ώστε να είναι δυνατή η συνεργασία της εσοχής του ενός τροχού με την προεξοχή του συνεργαζομένου οδοντωτού τροχού. Κατασκευάζονται με διάφορες κατατομές, όπως εξειλιγμένη, κυκλοειδής (ορθοκυκλοειδής, επικυκλοειδής, περικυκλοειδής) τόξο κύκλου, σπείρα κλπ.. Συνηθέστερη μεταξύ αυτών είναι η κατατομή της εξειλιγμένης, η οποία είναι η καμπύλη εκείνη που διαγράφει ένα σημείο ευθείας κυλιομένης χωρίς ολίσθηση επί του βασικού κύκλου. Στους περισσότερους τύπους τροχών οι οδόντες δεν είναι θεωρητικά απαραίτητοι για την μετάδοση περιστροφικής κινήσεως. Όμως, η ανάγκη μεταφοράς μεγάλης στρεπτικής ροπής και σταθερής κίνησης (δηλαδή σταθερών σχέσεων μετάδοσης στροφών) από την κινητήρια στην κινουμένη άτρακτο καθιστά αναγκαία την ύπαρξη οδόντων. Από κινηματικής πλευράς δύο συνεργαζόμενοι μετωπικοί οδοντωτοί τροχοί ισοδυναμούν με δύο κυλινδρικούς τροχούς χωρίς οδόντες, που έχουν ως άξονες περιστροφής τους ίδιους τους άξονες των οδοντωτών τροχών και μπορούν να περιστραφούν παραμένοντας σε επαφή χωρίς να ολισθαίνουν ο ένας ως προς τον άλλον. Τότε, οι περιφερειακές ταχύτητες των δύο κυλίνδρων είναι ίσες, δηλαδή: απ όπου αντιλαμβανόμαστε ότι η σχέση μετάδοσης της κίνησης είναι αντιστρόφως ανάλογη των ακτίνων των κυλίνδρων. Οι ακτίνες επομένως των κυλιομένων επιφανειών, αποτελούν στοιχείο μεγάλης σημασίας στους οδοντωτούς τροχούς. Σε έναν οδοντωτό τροχό μετωπικής οδόντωσης η τομή της κυλινδρικής επιφανείας αυτής με το επίπεδο περιστροφής αποτελεί τον αρχικό κύκλο και έτσι κάθε οδοντωτός τροχός χαρακτηρίζεται μεταξύ των άλλων και από την ακτίνα του αρχικού κύκλου. Σε μη κανονικές οδοντώσεις, όπως είναι οι μετατοπισμένες, με την έναρξη συνεργασίας των τροχών ορίζονται οι κύκλοι κυλίσεως αυτών.

- 28-4.2 Είδη οδοντωτών τροχών Οι άξονες περί τους οποίους περιστρέφονται δύο συνεργαζόμενοι οδοντωτοί τροχοί μπορεί να είναι: παράλληλοι σε απόσταση α, τεμνόμενοι υπό γωνία δ ή ασύμβατοι σε απόσταση α και υπό γωνία δ. Σχήμα 4.1 Είδη οδοντωτών τροχών Η σχετική θέση αυτών των αξόνων είναι βασικής σημασίας για την μορφή των τροχών που θα χρησιμοποιηθούν. Τα είδη των οδοντωτών τροχών είναι: Μετωπικοί (με ευθείς ή ελικοειδείς οδόντες). Κωνικοί. Ελικοειδείς ασυμβάτων αξόνων. Σύστημα ατέρμονα κοχλία-κορώνας. Παραθέτουμε εν συντομία τα χαρακτηριστικά αυτών των οδοντωτών τροχών. 4.2.1 Μετωπικοί τροχοί Οι μετωπικοί οδοντωτοί τροχοί έχουν κυλινδρικό σχήμα και διακρίνονται σε τροχούς με ευθείς οδόντες και σε τροχούς με ελικοειδείς οδόντες. Στην πρώτη

- 29 - περίπτωση οι οδόντες είναι παράλληλοι ως προς τον άξονα του τροχού. Στην δεύτερη περίπτωση οι οδόντες είναι κεκλιμένοι ως προς τον άξονα του τροχού, σχηματίζοντας σταθερή γωνία με αυτόν, ενώ για να είναι δυνατή η συνεργασία τους πρέπει σε μια βαθμίδα ο ένας να έχει δεξιόστροφους και ο άλλος αριστερόστροφους οδόντες. Οι μετωπικοί τροχοί ευθείας οδοντώσεως έχουν βαθμό επικαλύψεως 1 έως 2 ενώ δεν ενδείκνυνται για μεγάλα φορτία γιατί προκαλούν θόρυβο και δημιουργούν μεγάλα κρουστικά φαινόμενα. Αντίθετα, οι μετωπικοί τροχοί ελικοειδούς οδοντώσεως έχουν μεγαλύτερο βαθμό επικαλύψεως, αλλά μειονεκτούν στο θέμα ότι η ύπαρξη της γωνίας έλικας στην οδόντωση έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη αξονικού φορτίου επί των οδόντων, το οποίο καταπονεί τις σταθερές εδράσεις των ατράκτων. Σχήμα 4.2 Κατατομή οδόντος ευθείας μετωπικής οδόντωσης εξειλιγμένης Οι μετωπικοί οδοντωτοί τροχοί μπορούν να έχουν εξωτερική οδόντωση, δηλαδή οι οδόντες να ευρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια του τροχού ή εσωτερική οδόντωση, δηλαδή οι οδόντες να ευρίσκονται στην εσωτερική επιφάνεια του τροχού. Στην περίπτωση μιας βαθμίδας, όταν δύο μετωπικοί τροχοί διαφορετικού μεγέθους εμπλέκονται, ο μεγαλύτερος καλείται κορώνα και ο μικρότερος πινιόν. Σε μια απλή βαθμίδα τροχών μείωσης η εισερχμένη ισχύς και δύναμη εφαρμόζονται στο κινητήριο τροχό, στο πινιόν. Η εξερχομένη από την βαθμίδα ισχύς και δύναμη μεταφέρονται από τον συνεργαζόμενο ή κινούμενο τροχό. Ο κινητήριος τροχός περιστρέφει τον κινούμενο χωρίς ολίσθηση. Αντίθετα, σε μια βαθμίδα τροχών αύξησης, κινητήριος τροχός θεωρείται ο μεγαλύτερος. Στο σχήμα 4.2 φαίνεται η μορφή μιας κατατομής ενός δοντιού ενός τροχού ευθείας μετωπικής οδόντωσης δι εξιλιγμένης.

- 30 - Εάν η προς μεταφοράν (μέσω της βαθμίδας) ισχύς είναι N και n 1 οι στροφές (ανά μονάδα χρόνου) του πινιόν, τότε η στρεπτική ροπή στο πινιόν θα είναι: όπου: ω 1 =2πn 1 είναι η γωνιακή ταχύτητα του πινιόν. Ο παρακάτω τύπος χρησιμοποιείται με επιτυχία για τον υπολογισμό της στρεπτικής ροπής, για μηδενικές απώλειες: M d = η στρεπτική ροπή του τροχού (Kp cm) N = η ισχύς που μεταφέρεται από την βαθμίδα (PS) n = ο αριθμός στροφών του τροχού (rpm) Η περιφερειακή δύναμη αντοχής που θα αναπτυχθεί στην βαθμίδα δίνεται από την σχέση: Όπου: d 01, d 02 είναι η διάμετρος του αρχικού κύκλου του τροχού 1 και 2 αντίστοιχα. Η ακτινική δύναμη προκύπτει ως εξής: Η συνολική δύναμη P που ασκείται στον τροχό δίνεται από την σχέση: Και με αντικατάσταση των σχέσεων για τις P r και P u έχουμε: Όπως καταλαβαίνουμε από την παραπάνω ανάλυση φορτίσεων για τους μετωπικούς τροχούς ευθείας οδόντωσης, ο καλύτερος καθορισμός σήματος (επομένως και η καλύτερη θέση τοποθέτησης του αισθητήρα για μετρήσεις κρουστικών παλμών) επιτυγχάνεται στην ακτινική διεύθυνση, αφού η συνιστώσα της αξονικής δύναμης είναι ίση με το μηδέν (σε αντίθεση με τους μετωπικούς

- 31 - τροχούς ελικοειδούς οδόντωσης). Η αξονική δύναμη των ελικοειδών τροχών εξαρτάται από την γωνία της έλικας των οδόντων ως προς τον άξονα του 0 τροχού, και υπολογίζεται ως P a P u 0 Σχήμα 4.3 Μειωτήρας με επικυκλικό μηχανισμό Εφαρμογή των μετωπικών οδοντωτών τροχών αποτελούν τα πλανητικά συστήματα με τους επικυκλικούς μηχανισμούς τους για την βελτιστοποίηση του όγκου των μειωτήρων, όπως στο σχήμα 4.3. Σε ένα σύστημα μετάδοσης κίνησης με επικυκλικό μηχανισμό, η ισχύς μεταφέρεται ανάμεσα στην κινητήρια και κινούμενη μηχανή μέσω πολλών διαδρομών. Ο όρος επικυκλικό» αφορά την οικογένεια συστημάτων μετάδοσης κίνησης, όπου ένας ή περισσότεροι οδοντωτοί τροχοί κινούν κατά την περιφερειακή τους κίνηση ομοαξονικούς οδοντωτούς τροχούς, οι οποίοι μπορεί να είναι σταθεροί ή να περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους. Οι οδοντωτοί τροχοί που συνεργάζονται σε έναν επικυκλικό μηχανισμό μπορεί να έχουν ευθεία οδόντωση, ελικοειδή ή και διπλή ελικοειδή. Εξαιτίας της ύπαρξης πολλών τρόπων μεταφοράς της ισχύος, ένας επικυκλικός μηχανισμός

- 32 - είναι η ιδανικότερη από πλευράς χώρου λύση για τη μεταφορά μίας δεδομένης ισχύος, αφού καταλαμβάνει μικρό όγκο. Άλλα πλεονεκτήματα των επικυκλικών μηχανισμών είναι ο υψηλός βαθμός απόδοσης, η χαμηλή αδράνεια για τη δεδομένη μεταφερόμενη ισχύ και η δυνατότητα μεταφοράς υψηλής ροπής και ισχύος. Τα βασικότερα στοιχεία που απαρτίζουν ένα επικυκλικό μηχανισμό είναι ο ήλιος, μία στεφάνη που έχει εσωτερική οδόντωση, ένας πλανητικός φορέας και οι πλανήτες. Για να καταπολεμήσουμε την αδυναμία των πλανητικών συστημάτων στις εφαρμογές υψηλών στροφών, υπάρχει ο αστεροειδής επικυκλικός μηχανισμός, στον οποίο ο πλανητικός φορέας είναι ακινητοποιημένος. Σε αυτού του είδους τα συστήματα, οι άτρακτοι εισόδου και εξόδου της ισχύος κινούνται με αντίθετες φορές, ενώ οι σχέσεις μετάδοσης ποικίλουν από 2 προς 1 έως 11 προς 1. Ένα άλλο είδος επικυκλικού μηχανισμού είναι ο ηλιακός, στον οποίο ακίνητος είναι ο ήλιος. Σε αυτό οι άτρακτοι εισόδου και εξόδου της ισχύος έχουν την ίδια φορά περιστροφής, ενώ οι σχέσεις μετάδοσης ποικίλουν από 1,1 προς 1, έως 1,7 προς 1. Εξαιτίας αυτού του μικρού εύρους λόγων μετάδοσης, οι ηλιακοί επικυκλικοί μηχανισμοί εφαρμόζονται σε πολύ ειδικές περιπτώσεις. 4.2.2 Κωνικοί τροχοί Οι κωνικοί τροχοί χρησιμοποιούνται για την μετάδοση κινήσεως και μεταφορά ισχύος μεταξύ τεμνομένων ατράκτων. Οι τροχοί αυτοί έχουν την μορφή κόλουρου κώνου του οποίου οι οδόντες μπορεί να είναι ευθείς ή κεκλιμένοι ως τμήματα εξειλιγμένης ή έλικας ή τόξα κύκλου κλπ. Περισσότερο χρησιμοποιούμενοι είναι οι κωνικοί τροχοί με άξονες τεμνόμενους υπό γωνία 90º. Μολονότι, τόσο η κατασκευή των κωνικών τροχών (η οποία γίνεται σε ειδικές μηχανές κοπής) όσο και η συναρμολόγηση του μηχανισμού είναι πολυπλοκότερη εκείνης των μετωπικών τροχών, εν τούτοις οι κωνικοί τροχοί εφαρμόζονται συχνά στην μετάδοση κινήσεως και μεταφορά ισχύος. 4.2.3 Ελικοειδείς τροχοί ασυμβάτων αξόνων Οι οδοντωτοί αυτοί τροχοί είναι κυλινδρικοί και έχουν άξονες ασύμβατους σε απόσταση a και υπό γωνία δ, ή οποία είναι τέτοια ώστε: δ = β 01 +β 02 όπου: β 01 και β 02 είναι οι κλίσεις των οδόντων των τροχών. Γενικώς είναι β 01 = β 02. Οι οδόντες δύο συνεργαζομένων ελικοειδών τροχών ασυμβάτων αξόνων έχουν σημειακή επαφή, η οποία μετατρέπεται σε γραμμική καθώς αυξάνει η φθορά των κατατομών. Λόγω του τρόπου επαφής τους οι τροχοί μπορούν να μεταφέρουν μικρά φορτία και γι αυτό χρησιμοποιούνται κατά βάση μόνο για την μετάδοση κίνησης και δεν ενδείκνυται για μεταφορά ισχύος. Σε αυτό συνηγορεί και ο μικρός βαθμός αποδόσεως των οδοντώσεών τους. Τέλος χρησιμοποιούνται για σχέσεις μετάδοσης έως 5 και δεν είναι ευαίσθητοι σε μικρές μεταβολές αποστάσεων ή κλίσης των αξόνων τους, σχήμα 4.4.

- 33 - Σχήμα 4.4 Βαθμίδα ελικοειδών τροχών ασύμβατων αξόνων Διάγραμμα 4.1 Περιοχές αστοχίας οδοντωτών τροχών 4.2.4 Σύστημα ατέρμονα κοχλία-κορώνας

- 34 - Το σύστημα αυτό, σχήμα 4.5, αποτελείται από έναν ατέρμονα κοχλία που είναι ουσιαστικά ένας κοχλίας κινήσεως κατάλληλου σπειρώματος μίας ή περισσοτέρων αρχών, ο οποίος συνεργάζεται με έναν οδοντωτό τροχό κατά τέτοιο τρόπο ώστε η συνεργασία τους να ομοιάζει με τον τρόπο εμπλοκής ενός κοχλία με το περικόχλιό του. Οι άξονές τους είναι συνήθως κάθετοι, αν και είναι δυνατόν να σχηματίζουν άλλη γωνία. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται για μεταφορά μεγάλων φορτίων και για μεγάλες σχέσεις μείωσης στροφών έως και 200:1. Σχήμα 4.5 Σύστημα ατέρμονα κοχλία-κορώνας

- 35 -

- 36 -

- 37 - Σχήμα 4.13 Συστήματα λίπανσης με βάπτισμα. Σχ. 4.6 Στάθμη λιπαντικού σε μειωτήρα στροφών.

- 38 -

- 39 -

- 40 -

- 41 - ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΖΩΗΣ ΜΗΧΑΝΩΝ ΣΕ ΩΡΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Εργομηχανή ώρες 1. Οικιακές συσκευές 1500-3000 2. Γεωργικές μηχανές 3000-6000 3. Εργαλειομηχανές 15000-25000 4. Ανυψωτικές και μεταφορικές μηχανές 10000-15000 5. Μειωτήρες 10000-25000 6. Φυγοκεντρικά μηχανήματα 20000-35000 7. Μικροί ηλεκτροκινητήρες (μέχρι 4,0 KW) 8000-15000 8. Μέσοι ηλεκτροκινητήρες 15000-25000 9. Μεγάλοι ηλεκτροκινητήρες(άνω των 100 KW) και γεννήτριες 20000-30000 10. Ηλεκτρικές μηχανές προώσεως 10000-15000 11. Μικρές μοτοσικλέτες 1000-2000 12. Μεγάλες μοτοσικλέτες, μικρά αυτοκίνητα 2000-4000 13. Μεγάλα επιβατικά, μικρά φορτηγά, ρυμούλκες 3000-5000 14. Μεγάλα φορτηγά αυτοκίνητα, λεωφορεία 4000-8000 15. Μικροί ανεμιστήρες 10000 16. Χαρτοποιητικές μηχανές 80000 17. Μηχανές κατεργασίας ξύλου 15000-20000 18. Εκτυπωτικές μηχανές 15000-30000 19. Φυγοκεντρικές αντλίες 10000-30000 20. Έδρανα αξόνων μεταφορικών οχημάτων 20000

- 42 -

- 43 -

- 44 -

- 45 -

- 46 -

- 47 -

- 48 -

- 49 -

- 50 -

- 51 -

- 52-5. Ιμαντοκίνηση και Αλυσοκίνηση 5.1 Ιμαντοκίνηση H ιμαντοκίνηση ανήκει στα συστήματα μετάδοσης κίνησης και μεταφοράς ισχύος. Ένα βασικό σύστημα ιμαντοκίνησης συνίσταται από τις τροχαλίες (κινητήρια και κινουμένη) και από τον ιμάντα. Η επιτυχής λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος είναι αποτέλεσμα της καλής εκλογής των συνιστωσών του και κυρίως της καλής συνεργασίας αυτών, με κυρίαρχη ιδιότητα την αποτελεσματική τάνυση του ιμάντα. Θα αναφερθούν οι κλασικοί ιμάντες τύπου V, οι ιμάντες τύπου Wedge που είναι βαθύτεροι από τους κλασικούς, και οι ιμάντες χρονισμού σε συνδυασμό με τις αντίστοιχες τροχαλίες. 5.1.1 Kλασικοί τραπεζοειδείς ιμάντες τύπου V Τα παλαιότερα συστήματα ιμαντοκίνησης χρησιμοποιούν αυτούς τους ιμάντες που έχουν διατομές χαρακτηριζόμενες από τα γράμματα Υ, Ζ, Α, Β, C, D, Ε. Κατά βάση είναι ιμάντες αντικατάστασης παλαιών μέχρι την αλλαγή του συστήματος με κάποιο νεότερα. Δίδονται κατωτέρω τα στοιχεία γεωμετρίας και ικανότητας μεταφοράς ισχύος αυτών των ιμάντων για θέματα ελέγχων και μόνο για αναφορά και σύγκριση με τα νεότερα συστήματα. Κάθε ιμάντας αυτού του είδους καθορίζεται πλήρως από το είδος της διατομής του και το μήκος του.

- 53 -

- 54 -

- 55 -

- 56 - Στους πίνακες των γεωμετρικών στοιχείων για τους κλασικούς ιμάντες οι διαστάσεις είναι σε χιλιοστά του μέτρου (mm). Στο μετρικό σύστημα (Metric) οι διαστάσεις αναφέρονται στο μήκος αναφοράς του ιμάντα (ονομαστικό ή pitch), L p Στο σύστημα Imperial οι διαστάσεις αναφέρονται στο εσωτερικό (inside) μήκος του ιμάντα σε ίντσες, L i Οι μικροί οδόντες που ευρίσκονται στην εσωτερική περιφέρεια κάποιων ιμάντων επιτρέπουν στον ιμάντα να κάμπτεται ευκολότερα και να είναι πιο ελαστικός στην κάμψη ακόμη και σε μικρότερη τροχαλία. 5.1.2 Τραπεζοειδείς ιμάντες τύπου Wedge Στον επόμενο πίνακα οι διαστάσεις των διατομών είναι σε χιλιοστά mm. Στο μετρικό σύστημα Metric ο συμβολισμός δείχνει το μήκος αναφοράς του ιμάντα σε χιλιοστά. Στο σύστημα Imperial οι διαστάσεις δείχνουν το εξωτερικό ενεργό μήκος του ιμάντα σε 1/10 της ίντσας που αντιστοιχεί στη διάμετρο effective της

- 57 - τροχαλίας. Επίσης, το εξωτερικό μήκος ιμάντα L o = μήκος αναφοράς ιμάντα L p + Χ, όπου Χ εξαρτάται από το είδος του ιμάντα, Γιά SPZ (Χ=13 mm), Γιά SPA (X=18 mm), Γιά SPB (X=22 mm), Γιά SPC (X=30 mm).

- 58 -

- 59 - Μετά την εκλογή του Service factor, με βάση τα δεδομένα του προβλήματος και την γενικότερη εμπειρία, υπολογίζουμε την ισχύ σχεδιασμού. Στη συνέχεια γίνεται η εκλογή του είδους του ιμάντα που είναι κατάλληλος για την εγκατάσταση με βάση τον αριθμό των RPM της μικρότερης τροχαλίας, που είναι σαφές ότι στηρίζεται στην ταχύτερη άτρακτο, και την ισχύ σχεδιασμού από το ανωτέρω σχήμα.

- 60 - Υπενθυμίζεται ότι στη μετάδοση κίνησης τα μικρότερα εξαρτήματα είναι τα ταχύτερα.

- 61 -

- 62 - Τροχαλίες Taper Lock για ιμάντες SPΖ

- 63 - Τροχαλίες Taper Lock για ιμάντες SPA

- 64 - Τροχαλίες Taper Lock για ιμάντες SPB

- 65 - Τροχαλίες Taper Lock για ιμάντες SPC

- 66 - Γεωμετρικά στοιχεία για τραπεζοειδείς ιμάντες

- 67 -

- 68 - Βασικής σημασίας μέγεθος για έναν ιμάντα είναι το μήκος αναφορά του L όπως d ευρίσκεται κατωτέρω με βάση την διάμετρο αναφοράς της τροχαλίας στην οποία αντιστοιχεί το πλάτος αναφοράς w του ανωτέρω σχήματος. d Ο ιμάντας τυλίγεται σε δύο ίδιες τροχαλίες, με διάμετρο αναφοράς D, οι d οποίες εκλέγονται από τον επόμενο πίνακα. Οι άξονες των τροχαλιών πρέπει να είναι παράλληλοι. Στην ολισθαίνουσα τροχαλία εφαρμόζουμε την δύναμη που προβλέπεται από τον πίνακα και περιστρέφουμε τις τροχαλίες έτσι ώστε ο ιμάντας

- 69 - να κάνει μερικές στροφές με αποτέλεσμα να τοποθετηθεί σωστά επί των αυλάκων. Τότε μετράμε την απόσταση των αξόνων των τροχαλιών και έστω ότι είναι C. Με αυτά τα δεδομένα το μήκος αναφοράς του ιμάντα θα είναι L 2C D d d

- 70 - Με τον ίδιο τρόπο μετριέται και το ενεργό μήκος του ιμάντα (περίπου ίσο με το εξωτερικό μήκος) μόνο που πρέπει να αναφέρεται στην ενεργό διάμετρο της τροχαλίας. L 2C D e e

- 71 -

- 72 -

- 73 -

- 74 -

- 75 -

- 76 -

- 77 -

- 78 -

- 79 -

- 80 -

- 81 -

- 82 -

- 83 -

- 84 -

- 85 -

- 86 -

- 87 -

- 88 -

- 89 -

- 90 -

- 91 -

- 92 -

- 93 -

- 94 -

- 95 -

- 96 -

- 97 -

- 98 -

- 99 -

- 100 -

- 101 -

- 102 -

- 103 -

- 104 -

- 105 -

- 106 -

- 107 -

- 108 -

- 109 -

- 110 -

- 111 -

- 112 -

- 113 -

- 114 -

- 115 -

- 116 -

- 117 -

- 118 -

- 119 -

- 120 -

- 121 -

- 122 -

- 123 -

- 124-5.2 Αλυσοκίνηση Γιά τη μετάδοση περιστροφικής κινήσεως και την μεταφορά ισχύος από κινητήρια άτρακτο σε κινουμένη άτρακτο, δηλαδή από την άτρακτο της κινητήριας μηχανής (ηλεκτροκινητήρας, ΜΕΚ κλπ.) στην άτρακτο της κινουμένης μηχανής (εργομηχανής) χρησιμοποιούνται, εκτός των άλλων μηχανικών (ιμάντες, οδοντωτοί τροχοί, κλπ.) ή υδραυλικών-πνευματικών τρόπων, και διάφοροι συνδυασμοί αλυσοτροχών και αλυσίδων στις ονομαζόμενες αλυσοκινήσεις. Η απλούστερη μορφή αλυσοκίνησης αποτελείται από δύο αλυσοτροχούς, ο ένας εκ των οποίων ευρίσκεται επί της κινητήριας ατράκτου και ο άλλος επί της κινουμένης ατράκτου, και από μίαν ατέρμονα αλυσίδα η οποία περιβάλλει τους αλυσοτροχούς. Η αλυσίδα είναι εφοδιασμένη με ρολούς διά της εμπλοκής των οποίων προς τις οδοντώσεις των αλυσοτροχών επιτυγχάνεται η ανωτέρω αναφερομένη μετάδοση κίνησης και η μεταφορά ισχύος. Οι αλυσίδες αποτελούνται από πολυάριθμους κρίκους στους οποίους εμπλέκονται οι οδόντες των αλυσοτροχών (sprockets). Οι αλυσοτροχοί ομοιάζουν με τους οδοντωτούς τροχούς αλλά διαφέρουν στην μορφή της οδόντωσης. Ανάλογα με το είδος εργασίας που θα εμπλακούν οι αλυσίδες διακρίνονται σε: Αλυσίδες κινήσεως (μονές, διπλές, τριπλές) α) Ευρωπαϊκών προδιαγραφών BS κατά DIN 8187 / ISO R606 β) Αμερικανικών προδιαγραφών ASA / DIN 8188, Αλυσίδες μεταφορικές τσιμεντοβιομηχανιών, λατομείων, ορυχείων, και μεταλλείων, κατά DIN 8181, Αλυσίδες ανυψώσεως φορτίων τύπων BL και AL κατά DIN 8152, Αλυσίδες αγροτικών μηχανημάτων. Οι αλυσοτροχοί μπορεί να είναι Αλυσοτροχοί κοινοί (μονοί, διπλοί, τριπλοί), και Αλυσοτροχοί με Taper Lock. Κανένας τύπος αλυσίδων δεν είναι ιδανικός σε όλες τις εφαρμογές. Αρκετοί τύποι αλυσίδων και αλυσοτροχών είναι κατάλληλοι για εφαρμογές χαμηλών ταχυτήτων, άλλοι για μεσαίες ταχύτητες και τέλος ορισμένοι που είναι ικανοί για λειτουργία σε πολύ μεγάλες στροφές. Τα βασικά στοιχεία μίας αλυσίδας είναι το βήμα Ρ, η διάμετρος D του κυλίνδρου (ρολού), και η απόσταση W των εσωτερικών πλακών της, όπως αυτά αναγράφονται στους πίνακες που ακολουθούν. Η χρήση αλυσίδων ακριβείας για μεταφορά ισχύος έχει εξαπλωθεί λόγω των πλεονεκτημάτων τους:

- 125-1. Έχουν μεγάλη αποδοτικότητα στη μεταφορά ισχύος που μπορεί να φτάσει μέχρι 98%. 2. Μεταφέρουν ομοιόμορφα την ταχύτητα σε όλους τους τροχούς. Οι αλυσίδες δεν μπορούν να ολισθαίνουν στους αλυσοτροχούς διότι η λειτουργία τους βασίζεται στην εμπλοκή οδόντων και δεν χρήζουν τάνυσης. 3. Δεν φορτίζουν με υψηλές δυνάμεις τα έδρανα διότι απουσιάζει η τάνυση. 4. Επιτυγχάνουν μεγάλη σχέση μετάδοσης έστω και με μικρή σχετικά περιέλιξη της αλυσίδας στον κινητήριο αλυσοτροχό. 5. Μεταφέρουν περισσότερη ισχύ ανά μονάδα πλάτους διότι η χαλύβδινη κατασκευή τους έχει μεγάλη αντοχή και επιτρέπει μεγάλες φορτίσεις στις διάφορες διαμέτρους και ταχύτητες. 6. Υπάρχουν ελάχιστοι περιορισμοί στις αποστάσεις των κέντρων. Η αλυσίδα μπορεί να έχει, εντός κάποιων ορίων, από μεγάλο μέχρι και μικρό μήκος. 7. Είναι εύκολη η εγκατάσταση της. Οι αποστάσεις των κέντρων και οι ανάγκες για ευθυγράμμιση δεν απαιτούν μικρές ανοχές. 8. Η ευρεία τυποποίηση των αλυσίδων και των αλυσοτροχών προσφέρει εναλλακτικές λύσεις και δυνατότητα χρήσης ανταλλακτικών από διαφορετικές βιομηχανίες. 9. Κατά τις εργασίες επισκευών είναι ταχεία η αντικατάσταση φθαρμένων κρίκων. 10. Έχουν δυνατότητα μετάδοσης κίνησης σε πολλές ατράκτους. Η αλυσίδα είναι μία από τις πιο εύχρηστες μεθόδους μετάδοσης κίνησης σε πολλές εξόδους όταν έχουμε ένα κινητήριο τροχό με μια κινητήρια άτρακτο. 11. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής διότι οι φθορές είναι περιορισμένες αφού το φορτίο παραλαμβάνεται και κατανέμεται από ένα μεγάλο αριθμό οδόντων

- 126 - του αλυσοτροχού. Η φυσιολογική φθορά της αλυσίδας είναι μία αργή διαδικασία και γι αυτό δεν απαιτείται συχνή ρύθμισή της 12. Οι αλυσίδες δεν φθείρονται εύκολα. Οι κατάλληλα λιπαινόμενες αλυσίδες δε φθείρονται στο πέρασμα του χρόνου, ούτε επηρεάζονται δυσμενώς από τον ήλιο, το λάδι και το γράσο. Παρατηρήσεις για την εκλογή αλυσοκινήσεων. 1. Προσδιορίζεται ο συντελεστής διόρθωσης ισχύος (service factor) με βάση την κατηγορία της εργομηχανής, τον τύπο της κινητήριας μηχανής, και τις ώρες συνεχούς εργασίας ή τον αριθμό εκκινήσεων. 2. Υπολογίζεται η αναγκαία ισχύς για την εκτέλεση του έργου και αυτή πολλαπλασιάζεται με τον συντελεστή διόρθωσης ισχύος για να δώσει την ισχύ σχεδιασμού που αποτελεί την βάση εκλογής της αλυσοκίνησης. 3. Με την ισχύ σχεδιασμού και τις στροφές του μικρού τροχού ή την σχέση μετάδοσης της αλυσοκίνησης επιλέγεται το βήμα της αλυσίδας από πίνακες των κατασκευαστών. 4. Η σχέση μετάδοσης i 12 της κίνησης υπολογίζεται από τον λόγο των στροφών του κινητήριου τροχού προς τις στροφές του κινουμένου τροχού (για μείωση στροφών ο μικρός τροχός 1 είναι ο κινητήριος ήτοι i 12 = n 1 / n 2 > 1 ) Η σχέση μετάδοσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τον αριθμό 3,0. Για μεγαλύτερες μεταδόσεις χρειάζεται αυξημένη προσοχή και μέτρα ασφαλείας και συνήθως χαμηλές ταχύτητες εισόδου. 5. Για μείωση στροφών, με την σχέση μετάδοσης και τον αριθμό οδόντων του μικρού τροχού υπολογίζεται ο αριθμός οδόντων, και επομένως το μέγεθος, του μεγάλου τροχού. ήτοι Ζ 2 = i 12 Ζ 1 6. Το μήκος της αλυσίδας υπολογίζεται από την γεωμετρία της κατασκευής που εξαρτάται από την απόσταση των αξόνων και από τους αριθμούς οδόντων των τροχών, όπως και από το βήμα της αλυσίδας καθώς και από συντελεστές που δίδονται από τους κατασκευαστές. 7. H απόσταση αξόνων των τροχών πρέπει να είναι τέτοια ώστε η αλυσίδα να αγκαλιάζει τον κινητήριο αλυσοτροχό σε γωνία τουλάχιστον 120 ο 8. Αποφεύγεται η φθορά της αλυσοκίνησης μέσω της καλής λειτουργίας και της κατάλληλης λίπανσης. Επιπλέον το βέλος της αλυσίδας στον ελεύθερο κλάδο δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/100 της απόστασης των αξόνων των τροχών. 9. Κατά την εκλογή αριθμού οδόντων του μικρού αλυσοτροχού λαμβάνονται υπόψη και τα εξής: Σε συνήθεις εφαρμογές για ταχύτητες από μεσαίες και άνω χρησιμοποιούνται 19 οδόντες ή και περισσότεροι. Εάν το βήμα είναι μικρό (έως 8 mm) καλύτερα εφαρμόζουν οι 17 οδόντες. O αριθμός οδόντων 15 καλύτερα να αποφεύγεται εκτός εάν οι στροφές είναι κάτω των 100 RPM και τέλος αριθμός οδόντων 23 και άνω χρησιμοποιείται για μεγάλα κρουστικά φορτία.

- 127-10. Για την απόσταση των αξόνων οι κατασκευαστές προτείνουν τιμές από τον κατωτέρω πίνακα, χωρίς να είναι απαγορευτικές για άλλες τιμές: Βήμα αλυσίδας mm Απόσταση αξόνων Iντσες 3/8 1/2 5/8 3/3 1 1.1/4 1.1/2 1.3/4 2 mm 9,525 12,7 15,875 19,05 25,4 31,75 38,1 44,45 50,8 mm 450 600 750 900 1000 1200 1350 1500 1700

- 128 -

- 129 -

- 130 -

- 131 -

- 132 -

- 133 - Παράδειγμα υπολογισμού αλυσοκίνησης και εκλογή εξαρτημάτων Να εκλεγεί σύστημα μετάδοσης κίνησης με αλυσίδα για μεταφορά ισχύος 1, 5 kw από την έξοδο του μειωτήρα, στην οποία οι στροφές είναι n1 80 RPM, προς ομοιόμορφα φορτιζόμενο μεταφορικό σύστημα, το οποίο έχει στροφές n2 40 RPM και θα εργάζεται 12 ώρες την ημέρα. Ο μειωτήρας κινείται από ηλεκτρικό κινητήρα απ ευθείας σύνδεσης με το ρεύμα.

- 134 - Η διάμετρος του άξονα εξόδου του μειωτήρα είναι d1 35 mm, ενώ η διάμετρος του άξονα εισόδου του μεταφορικού συστήματος είναι d2 65 mm n 1 n 2 ΕΛΚΩΝ ΚΛΑ ΟΣ c d 1 = 35 mm d 2 = 65 mm GEARBOX CONVEYOR MOTOR Σχήμα 1. Διάταξη εφαρμογής αλυσοκίνησης με Η/Κ και μειωτήρα στροφών ΛΥΣΗ Service Factor S f συντελεστής διόρθωσης ισχύος, για απ ευθείας σύνδεση του κινητήρα ανήκει και με την εργομηχανή είναι μεταφορικό σύστημα ομοιόμορφα φορτιζόμενο δηλαδή ελαφρού φορτίου για 12 ώρες την ημέρα (10 έως 16 ώρες) προκύπτει από πίνακες S f 1, 2 Η ονομαστική ισχύς είναι 1, 5 kw. Ισχύς σχεδιασμού = 1,5 kw S f 1,5 1,2 kw 1,8 kw

- 135 - Βήμα αλυσίδας Με την ισχύ σχεδιασμού 1,8 kw και τις στροφές του ταχύτερου αλυσοτροχού στις 80 RPM, εκλέγεται αλυσίδα 16Β 1, δηλαδή αλυσοτροχός 16Β που έχει βήμα 1 25,4mm. Η σχέση μετάδοσης είναι i n Z 80 RPM 1 2 12 n 2 Z 1 40 RPM i 2 12 Με βάσει την i 12 2 για αλυσοτροχούς με Taper Lock, προκύπτει Z1 19 και Z2 38 που είναι οι αριθμοί των οδόντων των αλυσοτροχών. Power rating. Η αλυσίδα 16Β, που έχει βήμα 1 και για Z1 19, έχει τις εξής δυνατότητες ισχύος για 80 RPM του μικρού sprocket: Simplex 3,79 kw 1,8 kw (δεκτή) Duplex 6,44 kw Triplex 9,48 kw Λόγω της χαμηλής ταχύτητας, ο τύπος λίπανσης είναι 1 δηλαδή με σταγόνες λιπαντικού. Ο τύπος 2 λίπανσης αναφέρεται στην ύπαρξη δοχείου λαδιού στο οποίο βυθίζεται η αλυσίδα στον επιστρέφοντα κλάδο της. Ο τύπος 3 λίπανσης αναφέρεται στη βεβιασμένη κυκλοφορία λιπαντικού με κύκλωμα αντλίας. Για αλυσίδα με βήμα 1, η απόσταση κέντρων των αλυσοτροχών πρέπει να είναι c 1000 mm. Μήκος της αλυσίδας σε in. c 1000 mm 1000 25,4 39,37 in to 1 το βήμα. d1 Z1 to d2 Z2 to 2 2 to Z2 Z1 to L 2c Z2 Z1 4c 2 2 2 1 19 1 L 2 39,37 in 57 4 39,37 2 L 78,74 in 0,232 in 28,5 in L 107,47 in Μήκος της αλυσίδας σε βήματα. 107,47 in L Λαμβάνονται L 108 βήματα της αλυσίδας 16Β. 1in

- 136 - Διάμετρος Pitch για τον αλυσοτροχό 1 Διάμετρος Pitch για τον αλυσοτροχό 2 Pitch Diameter = 154,33 mm. Pitch Diameter = 307,59 mm. DRIVE SPECIFICATION Sprocket 1 Simplex E0119 Sprocket 2 Simplex E0138 Driver Taper Lock: Bush No.2517 με bore 35 mm. Driven Taper Lock: Bush No.3020 με bore 65 mm.

- 137 -

- 138 -

- 139 -

- 140 -

- 141 -

- 142 -

- 143 -

- 144 -

- 145 -

- 146 -

- 147 -

- 148 -

- 149 -

- 150 -

- 151 -

- 152 -

- 153 -

- 154 -

- 155 -

- 156 -

- 157 -

- 158 -

- 159 -

- 160 -

- 161 -

- 162 -

- 163 -

- 164 -

- 165 -

- 166 -

- 167 -

- 168 -

- 169 -

- 170 -

- 171 -

- 172 -

- 173-6. Υδραυλικά συστήματα 6.1 Η τεχνολογία αντλιών θετικής μετατοπίσεως Οι υδραυλικές αντλίες μετατρέπουν μηχανική ισχύ, που προέρχεται από την κινητήρια μηχανή τους, σε υδραυλική ισχύ του εργαζομένου μέσου, η ενεργοποίηση του οποίου είναι ίδια σε όλα τα είδη αντλιών. Σε όλες τις αντλίες τα κινούμενα μέρη δημιουργούν κενό στην αναρρόφηση με την έννοια ότι ρευστό μπορεί να εισέλθει από τον σωλήνα αναρροφήσεως στην αντλία. Επίσης, δημιουργούν αδιαχώρητο του ρευστού στην κατάθλιψη με την έννοια ότι το ρευστό, μη δυνάμενο να επιστρέψει στην αναρρόφηση, ωθείται στον σωλήνα της καταθλίψεως. Κατ αυτόν τον τρόπο αναπτύσσεται η άντληση, δηλαδή η αποδοτική λειτουργία της αντλίας. Μολονότι λοιπόν η αρχή της αντλήσεως είναι η ίδια, εν τούτοις τα εξαρτήματα που προκαλούν την άντληση είναι διαφορετικά στα διάφορα είδη αντλιών. Στα βιομηχανικά υδραυλικά συστήματα χρησιμοποιούνται συνήθως οι αντλίες με οδοντωτούς τροχούς, με πτερύγια και με έμβολα και σπανιότερα οι κοχλιωτές αντλίες, οι αντλίες με λοβούς και οι αντλίες με περιστρεφόμενες ή μη δέσμες πρωτεύοντος ρευστού. Όλων των ειδών οι αντλίες μοιράζονται ορισμένα κοινά σχεδιαστικά χαρακτηριστικά. Απαιτούν και οι δύο μία κατάλληλη παροχή αναρροφούμενου όγκου ρευστού για τη διανομή της επιθυμητής παροχής ρευστού με σωστή πίεση στα εγκατεστημένα συστήματα. Επιπλέον όλες επηρεάζονται από τις ποικίλες φυσικές ιδιότητες των ρευστών (όπως πυκνότητα και συνεκτικότητα) και από τα χαρακτηριστικά της ροής. Οι αντλίες θετικής μετατοπίσεως είναι σχεδιασμένες να μετατοπίζουν ένα ορισμένο όγκο υγρού κάθε φορά που ολοκληρώνουν ένα κύκλο λειτουργίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μην είναι επιρρεπείς στις ποικίλες καταστάσεις λειτουργίας στο σύστημα που ακολουθεί μετά την αντλία και οδηγεί τη ροή. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις σε αυτό. Ορισμένοι τύποι αντλιών θετικής μετατόπισης, οι οποίες ως εκ του τρόπου λειτουργίας τους όπως οι κοχλιωτές είναι εξαιρετικά ευαίσθητες στις διακυμάνσεις του σημείου λειτουργίας από την πίεση στην κατάθλιψη. Όταν χρησιμοποιούνται αντλίες θετικής μετατοπίσεως, το σύστημα που δέχεται το ενεργοποιημένο ρευστό, πρέπει να προστατεύεται από τις ακραίες τιμές των πιέσεων. Η αντλία τροφοδοτεί με ρευστό την κατάθλιψη υπό οποιαδήποτε πίεση απαιτείται για την υπερνίκηση του φορτίου. Οι μόνοι περιορισμοί στη μεγίστη πίεση που αναπτύσσεται είναι η πίεση που καταστρέφει τα στοιχεία του εξοπλισμού και η μεγίστη τιμή της πίεσης που μπορεί να παραχθεί από το σύστημα κινητήρα-αντλίας. Εξαιτίας της δυνατότητας ανάπτυξης σχεδόν απεριόριστων τιμών πίεσης, όλες οι αντλίες θετικής μετατόπισης πρέπει να διαθέτουν ανακουφιστικές βαλβίδες στη πλευρά της κατάθλιψης όπου κατευθύνεται η ροή.

- 174 - Αυτή απαιτείται για την προστασία της αντλίας και της σωλήνωσης από τυχόν υπερπίεση. Ορισμένοι σχεδιασμοί συστημάτων περιλαμβάνουν μία ανακουφιστική βαλβίδα που βρίσκεται στο εσωτερικό του κελύφους της αντλίας. Άλλοι τύποι συστημάτων χρησιμοποιούν μία ξεχωριστή βαλβίδα τοποθετημένη στην αρχή της κατάθλιψης. Οι αντλίες θετικής μετατοπίσεως είναι ικανές να παρέχουν στην έξοδό τους σταθερή παροχή ρευστού για κάθε κύκλο λειτουργίας τους. Επομένως ο μόνος παράγων που επηρεάζει τους ρυθμούς ροής σε μία ιδανική αντλία θετικής μετατόπισης, είναι η ταχύτητα περιστροφής της. Η αντίσταση της ροής στο σύστημα στο οποίο εργάζεται η αντλία δεν επηρεάζει την ταχύτητα ροής της. Η πραγματική παροχή της αντλίας θετικής μετατόπισης είναι μικρότερη από την θεωρητική παροχή της, και καθώς η πίεση καταθλίψεως της αντλίας αυξάνει, το υγρό διαφεύγει ως εσωτερική διαρροή από την κατάθλιψη προς την αναρρόφηση. Υπάρχει μία ελάχιστη αναγκαία χάρη που απαιτείται πάντοτε για την κατάλληλη λειτουργία της αντλίας, αλλά πρέπει να είναι ταυτόχρονα τέτοια που να ελαχιστοποιεί τις φθορές. Κατάλληλη και προσεκτική λειτουργία και συντήρηση των αντλιών θετικής μετατόπισης περιορίζουν στο ελάχιστο το ποσό των εσωτερικών διαρροών. Οι αντλίες θετικής μετατοπίσεως παράγονται σε μία μεγάλη ποικιλίς διατάξεων και σχηματισμών. Κάθε σχηματισμός έχει μία ξεχωριστή λειτουργία και μπορεί να προτιμηθεί με βάση την αποδοτικότητά του και την αξιοπιστία του στην ειδική εφαρμογή για την οποία προορίζεται. Τα κύρια χαρακτηριστικά των υδραυλικών αντλιών είναι: Η μέγιστη πίεση συνεχούς λειτουργίας, p max, που είναι η μέγιστη πίεση στην οποία επιτρέπεται η αντλία να εργάζεται συνεχώς. Η διάρκεια ζωής της αντλίας είναι αντιστρόφως ανάλογη της πιέσεως συνεχούς λειτουργίας. Εάν μία αντλία εργάζεται σε πιέσεις υψηλότερες της p max τότε μειώνεται η διάρκεια ζωής της, κυρίως διότι τα έδρανα της αντλίας επηρεάζονται από τις υψηλές πιέσεις. Κατασκευαστικές βελτιώσεις, όπως η χρησιμοποίηση υδροστατικών (με πίεση) εδράνων ολισθήσεως ή εξισορροπητικών πλακών για εξισορρόπηση των φορτίων των εδράνων, επιτρέπουν αύξηση της p max. Η μέγιστη πίεση βραχείας διαρκείας, p max, που είναι μεγαλύτερη από την πίεση p max και στην οποία είναι δυνατόν μία αντλία να εργασθεί για μικρό χρονικό διάστημα. Η διάρκεια της υπερπίεσης και η συχνότης εφαρμογής της καθορίζονται από τον κατασκευαστή. Ο μέγιστος αριθμός στροφών συνεχούς λειτουργίας, n max. Έχει αποδειχθεί ότι ο αριθμός των στροφών λειτουργίας και η διάρκεια ζωής της αντλίας είναι ποσά αντιστρόφως ανάλογα. Ο μέγιστος αριθμός στροφών καθορίζεται και από τον κίνδυνο εμφάνισης σπηλαιώσεων στην αντλία. Η θέση της δεξαμενής εργαζομένου μέσου (χαμηλότερα ή υψηλότερα της αντλίας) επηρεάζει επίσης τον μέγιστο αριθμό στροφών συνεχούς λειτουργίας της αντλίας.

- 175 - Πρέπει να είναι γνωστό εάν η αντλία θα είναι σταθεράς ή μεταβαλλομένης (ρυθμιζομένης) παροχής, και να παρέχονται από τον κατασκευαστή διάφορα τεχνικά στοιχεία, όπως οι ροπές αδρανείας των περιστρεφομένων μερών, η ειδική παροχή, οι βαθμοί αποδόσεως, η θερμοκρασιακή περιοχή λειτουργίας της αντλίας, το κατάλληλο ρευστό ή το ιξώδες του εργαζομένου μέσου και διάφορα άλλα στοιχεία που αναφέρονται στην καθαρότητα του ρευστού και στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της αντλίας. Εάν n = αριθμός των στροφών της αντλίας σε RPM p mp, = μηχανικός βαθμός αποδόσεως της αντλίας Y, pή Q, p = ογκομετρικός βαθμός αποδόσεως ολ = ολικός βαθμός αποδόσεως q = ειδική παροχή της αντλίας σε cm 3 /στροφή V p = αποδιδομένη παροχή υπό της αντλίας σε lit/min N p = καταναλισκομένη ισχύς σε kw p = διαφορά πιέσεως από την κατάθλιψη έως την αναρρόφηση σε bar M d, p = στρεπτική ροπή στην άτρακτο της αντλίας σε N m και έχοντας υπόψη όσα έχουν αναφερθεί στην αρχή του κεφάλαιο, μπορούμε να γράψουμε τα εξής: Αποδιδομένη παροχή V (lit/min) q n 10 p p p Q, p 3 Καταναλισκομένη ισχύς M d, pnp Vp p N p (kw) 9549 600 Στρεπτική ροπή στην άτρακτο της αντλίας M d, p 1,59 Vp p (N m) 100 mp, ολ

- 176 - Η αντλία δεν δημιουργεί πίεση. Η δουλειά της είναι να μετακινεί υγρά. Κατά την διάρκεια της λειτουργίας της παραλαμβάνει το υγρό από την αναρρόφηση και το ωθεί στην κατάθλιψη. Με κάθε γωνία περιστροφής το αντλούμενο υγρό καθώς ωθείται στην κατάθλιψη συναντά αντιστάσεις στη ροή του οι οποίες δημιουργούν την πίεση. Η συνεχώς αυξανομένη χρήση των αντλιών, και γενικότερα των υδραυλικών συστημάτων, στη λειτουργία και στον αυτοματισμό των μηχανών και των συσκευών μεταφοράς και χειρισμού υλικών και προϊόντων οφείλεται στα πλεονεκτήματά τους, στα οποία περιλαμβάνονται η ομαλότητα της λειτουργίας τους, η ευκολία εφαρμογής τους και προσαρμογής σε αυτά, και το ότι είναι σχετικά εύκολα και απλά στη χρήση τους. Οι αντλίες σχεδιάζονται με θετική εσωτερική στεγάνωση για να εμποδίζουν την επιστροφή του ρευστού στην αναρρόφηση, δηλαδή από τον χώρο υψηλής στο χώρο χαμηλής πιέσεως. Επειδή αυτό δεν μπορεί να αποφευχθεί τελείως, υπάρχει μία μικρή επιστροφή ρευστού προς την αναρρόφηση η οποία αυξάνει καθώς αυξάνει η πίεση στην κατάθλιψη. Έτσι, αυξανομένης της πιέσεως στην κατάθλιψη μειώνεται η παροχή της αντλίας. Ανάλογα με την εφαρμογή, ένα υδραυλικό σύστημα απαιτεί αντλία σταθεράς ή μεταβαλλομένης παροχής. Η μεταβολή της παροχής επιτυγχάνεται με δύο τρόπους: δια μεταβολής του αριθμού των στροφών της ατράκτου της αντλίας δια μεταβολής της παροχής ανά rad της αντλίας, καθώς οι στροφές θα είναι σταθερές. Σε αντλίες σταθεράς παροχής η παροχή μπορεί να μεταβληθεί μόνον δια μεταβολής του αριθμού των στροφών. Οι αντλίες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται συνήθως σε υδραυλικά συστήματα στα οποία η παροχή είναι σχεδόν σταθερά ή μεταβάλλεται ελάχιστα, και είναι πιο απλές στη χρήση τους από τις αντλίες μεταβαλλομένης παροχής. Σε υδραυλικά συστήματα με μεταβαλλόμενες απαιτήσεις παροχής μία αντλία μεταβαλλομένης παροχής δείχνει τα πλεονεκτήματά της. Μία τέτοια αντλία συνήθως περιστρέφεται σε σταθερές στροφές και είναι κατασκευασμένη κατά τέτοιο τρόπον ώστε η παροχή της μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή από την μηδενική έως την μεγίστη δυνατή. Αυτό επιτυγχάνεται με μηχανικό τρόπο μέσω κατάλληλης συσκευής που μεταβάλλει την γεωμετρία της αντλίας. Επειδή οι αντλίες μεταβαλλομένης παροχής είναι πιο πολύπλοκες από τις αντλίες σταθεράς παροχής, η χρήση τους περιορίζεται σε εφαρμογές που πράγματι απαιτούν μεταβολή της παροχής. Η ικανότης των αντλιών μεταβαλλομένης παροχής να ρυθμίζουν την παροχή τους ανάλογα με τις απαιτήσεις του υδραυλικού κυκλώματος επιτρέπει στον χρήστη να μειώνει την κατανάλωση ενεργείας, να αφαιρεί από το σύστημα κάποιες βαλβίδες και να μειώνει τα προβλήματα υπερθέρμανσης του εργαζομένου μέσου. Αν και οι αντλίες μεταβαλλομένης παροχής έχουν υψηλότερο αρχικό κόστος και απαιτούν περισσότερη συντήρηση εν τούτοις τα ανωτέρω πλεονεκτήματα συνεισφέρουν στο να χρησιμοποιούνται με αυξανόμενο ρυθμό.

- 177 - Η λειτουργία αντλιών θετικής μετατοπίσεως επηρεάζεται από τρεις βασικούς παράγοντες: Από την συνεκτικότητα του υγρού, την ταχύτητα περιστροφής και την παροχή ρευστού στην αναρρόφηση. Συνεκτικότητα. Οι αντλίες θετικής μετατόπισης έχουν σχεδιαστεί να χειρίζονται συνεκτικά υγρά, όπως λάδια, γράσα και πολυμερή. Ωστόσο μία αλλαγή στη συνεκτικότητα του υγρού ασκεί σημαντική επίδραση στη λειτουργία της αντλίας. Καθώς η συνεκτικότητα αυξάνεται, η αντλία πρέπει να λειτουργεί απορροφώντας περισσότερη ισχύ από τον κινητήρα για τη διατήρηση σταθερών στροφών λειτουργίας, προκειμένου να ικανοποιήσει την επιθυμητή παροχή ενεργοποιημένου ρευστού στην έξοδο. Εάν η συνεκτικότητα αυξηθεί υπέρμετρα, τότε θα υπάρξει κάποια τιμή της πέρα από την οποία η απαιτούμενη ισχύς για τη διακίνηση του ρευστού είναι μεγαλύτερη από αυτή που μπορεί να προσφέρει ο κινητήρας. Η ποικιλία θερμοκρασιών λειτουργίας είναι ένας σημαντικός παράγοντας, καθώς επιδρά άμεσα στη συνεκτικότητα του διακινούμενου ρευστού. Οι προδιαγραφές σχεδιασμού της αντλίας πρέπει να καθορίζουν το εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας που επιτρέπονται όπως επίσης και το εύρος της συνεκτικοτήτας. Αυτές οι δύο παράμετροι είναι άρρηκτα συνδεδεμένες και πρέπει να έχουν μελετηθεί προσεκτικά. Ταχύτητα Περιστροφής. Στις αντλίες θετικής μετατόπισης, η έξοδος είναι απευθείας ανάλογη της ταχύτητας περιστροφής. Εάν η ταχύτητα αλλάζει τότε και το σημείο λειτουργίας μετακινείται από τη φυσιολογική του θέση και ο όγκος του διακινούμενου ρευστού, δηλαδή η παροχή, επίσης αλλάζει. Παροχή ρευστού στην αναρρόφηση. Μέχρι κάποιο βαθμό, οι αντλίες θετικής μετατοπίσεως μπορούν να αναρροφούν το ρευστό και να το οδηγούν στο θάλαμο αναρρόφησης. Ωστόσο πρέπει να διατίθεται μία σταθερή παροχή τροφοδοτούμενου υγρού. Συνεπώς το σύστημα αναρροφήσεως της αντλίας πρέπει να εξασφαλίζει στην είσοδό της μια διαθέσιμη σταθερή παροχή ρευστού σε μη τυρβώδη ροή. Η λειτουργία της αντλίας και ο χρόνος ωφέλιμης ζωής της αυξάνεται εάν το σύστημα αναρρόφησής της, εισάγει σε αυτή ρευστό σε σταθερή πίεση. Όταν οι αντλίες εργάζονται πιο σκληρά για να καταφέρουν να αναρροφήσουν το ρευστό, τότε δυσκολεύονται περισσότερο να το καταθλίψουν. 6.2 Αντλίες οδοντωτών τροχών με εξωτερική οδόντωση H απλή γραναζωτή αντλία μετωπικών τροχών ευθείας οδόντωσης αποτελείται από δύο μετωπικούς τροχούς ευθείας οδόντωσης που συνεργαζόμενοι περιστρέφονται με αντίθετες φορές εντός ενός κελύφους. Υπάρχει μία μικρή χάρη της τάξεως των

- 178-4 9 2 κινητήριος Β Α 5 κινούμενος 3 6 7 8 1 ΣΧΗΜΑ 6.1 Τυπική αντλία με οδοντωτούς τροχούς εξωτερικής οδοντώσεως. 1. το κέλυφος 2. ο κινητήριος και ο κινούμενος τροχός 3. το καπάκι 4. η κινητήρια άτρακτος 5. η στεγάνωση της ατράκτου 6. ο στεγανωτικός δακτύλιος 7. οι εδράσεις 8. οι δακτύλιοι εδράσεως για υψηλά φορτία 9. οι δακτύλιοι υδροστατικής εξισορρόπησης φορτίων ολίγων μικρών ανάμεσα στο κέλυφος, στις όψεις των τροχών και στα άκρα των οδόντων. Αυτή η σχεδίαση ωθεί υγρό να γεμίσει το χώρο που οριοθετείται από δύο διαδοχικούς οδόντες και το κέλυφος και να κινηθεί μαζί τους καθώς οι τροχοί περιστρέφονταιι. Όταν οι οδόντες του ενός τροχού εμπλέκονται με τους οδόντες του δεύτερου, ο χώρος ανάμεσα σε αυτούς μειώνεται. Αυτό δημιουργεί αδιαχώρητο στον χώρο της κατάθλιψης και το παγιδευμένο υγρό οδηγείται στην κατάδλιψη. Καθώς οι οδοντωτοί τροχοί περιστρέφονται και οι οδόντες αποσυμπλέκονται, ο χώρος πάλι ανοίγει στην πλευρά αναρροφήσεως της αντλίας, παγιδεύοντας νέες ποσότητες υγρού που τις μεταφέρει περιφερειακά του κελύφους της αντλίας προς την κατάθλιψη. Καθώς το υγρό αυτό απομακρύνεται από την περιοχή της αναρρόφησης, η πίεση μειώνεται και αναρροφάται νέο υγρό στην περιοχή αναρροφήσεως της αντλίας. Σε περίπτωση που οι οδοντωτοί τροχοί της αντλίας έχουν μεγάλο αριθμό οδόντων, η κατάθλιψη παρουσιάζει πιο ομαλή και συνεχή ροή υγρού, αφού μικρές ποσότητες υγρού διαδέχονται σε μικρό χρόνο η μία την άλλη. Για οδοντωτούς τροχούς με μικρότερο αριθμό οδόντων, ο χώρος ανάμεσα στους οδόντες είναι

- 179 - μεγαλύτερος και έτσι για δεδομένη ταχύτητα περιστροφής η παροχή που διακινείται είναι μεγαλύτερη. Ωστόσο αυτό αυξάνει την τάση να γίνεται παλμική διακίνηση ρευστού στην κατάθλιψη. Σε μία αντλία απλών μετωπικών τροχών ευθείας οδόντωσης, η ισχύς του κινητήρα εφαρμόζεται για την περιστροφή της μιας εκ των δύο ατράκτων επί της οποίας εδράζεται ο κινητήριος οδοντωτός τροχός. Ο δεύτερος τροχός παίρνει κίνηση μέσω της εμπλοκής των οδόντων του και της συνεργασίας του με τον κινητήριο τροχό. Δεν υπάρχουν βαλβίδες εντός των γραναζωτών αντλιών που να προκαλούν απώλειες λόγω τριβών, όπως στις εμβολοφόρες αντλίες. Οι μεγάλες ταχύτητες που επιβάλλονται στο στροφείο των φυγόκεντρων αντλιών και έχουν ως αποτέλεσμα τις αυξημένες απώλειες ενέργειας λόγω τριβών, δεν είναι αναγκαίες στις γραναζωτές αντλίες. Αυτό καθιστά τις γραναζωτές αντλίες καταλληλότερες για συνεκτικά υγρά, όπως τα καύσιμα και τα λιπαντικά λάδια. Στο σχήμα 6.3 φαίνονται τα εξαρτήματα μίας τέτοιας αντλίας. Καθώς ο κινητήριος τροχός περιστρέφεται συνεργαζόμενος με τον κινούμενο, η διαδικασία διαδοχικής απεμπλοκής των οδόντων στην αναρρόφηση Β και εμπλοκής αυτών στην κατάθλιψη Α δημιουργεί αυξανόμενο όγκο στην αναρρόφηση και μειούμενο όγκο στην κατάθλιψη, αναπτύσσοντας έτσι τον μηχανισμό αντλήσεως. Στην αναρρόφηση το ρευστό εισέρχεται και καταλαμβάνει τον διαθέσιμο χώρο. Εν συνεχεία, μεταφέρεται υπό των οδόντων περιφερειακά στην κατάθλιψη όπου οι οδόντες αρχίζουν να εμπλέκονται καταλαμβάνοντας ένα τμήμα του διαθέσιμου χώρου και έτσι το ρευστό αναγκάζεται να προχωρήσει προς τον κατάντι της ροής στην κατάθλιψη. Οι γραναζωτές αντλίες μετωπικών τροχών ελικοειδούς οδόντωσης, έχουν αρκετά πλεονεκτήματα ως προς τις αντλίες με μετωπικούς τροχούς ευθείας οδόντωσης. Οι τελευταίες λειτουργούν με τους οδόντες τους να συμπλέκονται σε όλο τους το μήκος ταυτόχρονα. Στις ελικοειδείς οδοντώσεις αντίθετα, το σημείο επαφής των συνεργαζόμενων τροχών μετακινείται κατά το μήκος κάθε οδόντος, από την μια πλευρά στην άλλη, επί της εργαζόμενης παρειάς τους, καθώς περιστρέφεται η κινητήρια άτρακτος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η κατάθλιψη να έχει σταθερότερη τιμή πίεσης και μικρότερο, μέχρι μηδενισμό, παλμό παροχής από τις αντλίες με τροχούς ευθείας οδόντωσης. 6.3 Αντλίες οδοντωτών τροχών με εσωτερική οδόντωση Ο τροχός με την εξωτερική οδόντωση είναι ο μικρός τροχός και ευρίσκεται εντός της στεφάνης η οποία φέρει την εσωτερική οδόντωση. Μεταξύ των δύο τροχών είναι τοποθετημένος ο μηνίσκος που γεωμετρικά ορίζεται από τα τόξα των κύκλων κεφαλής των τροχών της αντλίας, σχήμα 6.2 Ο μηνίσκος χωρίζει τον χώρο αναρροφήσεως από την κατάθλιψη. Λόγω καλύτερης επαφής των οδόντων, οι αντλίες αυτές έχουν μικρότερο θόρυβο και

- 180 - μικρότερη ανομοιομορφία της ροής από τις αντλίες με εξωτερικές οδοντώσεις, από τις οποίες όμως έχουν μεγαλύτερο κόστος κατασκευής. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε πιέσεις έως 100 bar.. ΣΧΗΜΑ 6.2 Γραναζωτή αντλία με εσωτερική οδόντωση. 6.4 Αντλίες με λοβούς Η αντλία με λοβούς είναι άλλη μία μορφή απλής γραναζωτής αντλίας. Μπορεί να θεωρηθεί σαν μία απλή γραναζωτή αντλία που διαθέτει μόνο δύο ή τρεις λοβούς ανά τροχό. Εκτός από αυτή τη διαφορά, η αρχή λειτουργίας της και η λειτουργία όλων των εξαρτημάτων που την αποτελούν δεν έχει άλλες διαφορές. Είναι οι αντλίες κλειστής τροχιάς επαφών. Εργάζονται όπως οι λοιποί οδοντωτοί τροχοί και η κίνηση δίδεται εξωτερικά ταυτοχρόνως και στους δύο μέσω ζεύγους οδοντωτών τροχών εξειλιγμένης ευρισκομένων επί των ατράκτων των, σχήμα 6.1 (α) (β) ΣΧΗΜΑ 6.3 Αντλία με (α) δύο και (β) τρεις λοβούς αντιστοίχως.

- 181-6.5 Αντλίες με πτερύγια Η αντλία με πτερύγια είναι ένας ακόμα τύπος αντλίας θετικής μετατόπισης και χρησιμοποιείται για τη διακίνηση συνεκτικών υγρών. Αποτελείται από ένα κέλυφος με κυλινδρική οπή, μία είσοδο για την αναρρόφηση του ρευστού στην μία πλευρά και μία έξοδο για την κατάθλιψη από την άλλη πλευρά. Ένας δρομέας κυλινδρικού σχήματος με διάμετρο μικρότερη από την διάμετρο της κυλινδρικής θήκης, τίθεται σε περιστροφική κίνηση γύρω από μία κεντρική αξονική γραμμή που είναι έκκεντρα σχετικά με τον άξονα της κυλινδρικής θήκης. Η χάρη ανάμεσα στο δρομέα και την κορυφή του κυλίνδρου είναι μικρή αλλά αυξάνει καθώς κινούμαστε προς τη βάση. Ο δρομέας διαθέτει πτερύγια που κινούνται προ τα μέσα και προς τα έξω καθώς περιστρέφεται και τα οποία διατηρούν απομονωμένο το χώρο ανάμεσα στο δρομέα και το κυλινδρικό τοίχωμα. Τα πτερύγια παγιδεύουν υγρό από την πλευρά της αναρρόφησης της αντλίας και το μεταφέρουν προς την περιοχή καταθλίψεως όπου η στένωση του χώρου δημιουργεί αδιαχώρητο και αποβάλλει το ρευστό προς τη σωλήνωση κατάθλιψης. Τα πτερύγια μπορούν να αιωρούνται επάνω σε άξονα ή να ολισθαίνουν επάνω σε σχισμές του δρομέα. ΣΧΗΜΑ 6.4 Γεωμετρία και εκκεντρότητα αντλίας με πτερύγια. 6.5.1 ` Αντλίες με πτερύγια σταθεράς παροχής Οι αντλίες αυτές έχουν μελετηθεί ανωτέρω. Όπως φαίνεται στο κατωτέρω σχήμα 6.6, αποτελούνται από το κέλυφος, επί του οποίου στηρίζονται οι εδράσεις του στροφέα που έχει εκκεντρότητα ως προς την εσωτερική επιφάνεια του κελύφους,

- 182 - και από τα πτερύγια. Κατά την περιστροφή του στροφέα τα πτερύγια εφάπτονται επί της εσωτερικής επιφανείας του κελύφους είτε λόγω της φυγοκέντρου δυνάμεως είτε λόγω πιέσεως. Η ειδική παροχή μπορεί να είναι στο διάστημα 10 έως 3 100 cm /στροφή και η πίεση λειτουργίας συνήθως φθάνει τα 175 bar. 1 2 4 5 3 6 (α) (β) ΣΧΗΜΑ 6.5 Αντλίες με πτερύγια σταθεράς παροχής. (α) με μονές θυρίδες αναρρόφησης και κατάθλιψης, και (β) με αντιδιαμετρικές θυρίδες καταθλίψεως για εξουδετέρωση ακτινικών φορτίσεων. 6.5.2 ` Αντλίες με πτερύγια μεταβαλλομένης παροχής Η διαφορά των αντλιών αυτών από τις προηγούμενες συνίσταται στο ότι έχουν την δυνατότητα αλλαγής της παροχής τους, μέσω μεταβολής της εκκεντρότητάς τους. Ακόμα και αν η εκκεντρότητα γίνει αρνητική, η αντλία εργάζεται, μόνο που έχει υποστεί αναστροφή της ροής. μειονέκτημα αυτών των αντλιών είναι οι μικρές πιέ σεις στις οποίες μπορούν να εργασθούν αποδοτικά. Δίδεται κατωτέρω το διάγραμμα παροχής συναρτήσει της πιέσεως για μία τέτοια αντλία. Η ειδική παροχή μπορεί να φθάσει τα 50 cm 3 στροφή και η πίεση τα 100 bar. Σε οποιαδήποτε αντλία με πτερύγια ο στροφέας (ρότορ) ευρίσκεται υπό την επίδραση ακτινικών δυνάμεων που δημιουργούνται στο χώρο καταθλίψεως και οι οποίες εξαρτώνται από την πίεση. Με κατάλληλη διαμόρφωση της εσωτερικής επιφανείας του κελύφους είναι δυνατόν να δημιουργηθούν πολλοί χώροι αναρροφήσεως και καταθλίψεως τοποθετημένες σε αντιδιαμετρικές θέσεις, εις τρόπον ώστε να επέρχεται υδραυλική εξισορρόπηση των δυνάμεων.

- 183 - Ανάλογα με το επίπεδο της πιέσεως για το οποίο προορίζεται να λειτουργήσει η αντλία χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικοί τρόποι για να πραγματοποιηθεί η περιφερειακή πρόσφυση των πτερυγίων στην εσωτερική επιφάνεια του κελύφους. Για πιέσεις έως 100 bar, πέραν της φυγοκέντρου δυνάμεως εκμεταλλευόμαστε την δύναμη που προκύπτει από την υδραυλική πίεση, η οποία, μέσω καταλλήλων αυλακώσεων οδηγείται στη βάση των πτερυγίων. Αυτός ο τρόπος απαιτεί η αντλία να περιστρέφεται με αριθμό στροφών μεγαλύτερο από ένα προκαθορισμένο. Για αντλίες που προορίζονται να λειτουργήσουν σε πίεση άνω των 100 bar, εκτός του ότι είναι απαραίτητη η εξισορρόπηση των δυνάμεων που αναπτύσσονται στις εδράσεις, θα πρέπει να αντιμετωπισθεί η πρόσφυση μεταξύ των πτερυγίων και του κελύφους. Αυτό γίνεται δια της χρησιμοποιήσεως διπλών πτερυγίων (δύο στη θέση του ενός) στις υποδοχές του στροφέα. (α) V p V V p p,max p max p (β) ΣΧΗΜΑ 6.6 Αντλία με πτερύγια μεταβλητής παροχής. (α) Δυνάμεις στον στροφέά, (β) χαρακτηριστική καμπύλη ειδικής παροχής-πιέσεως.

- 184-6.6 Αντλίες με αξονικά έμβολα. Οι αντλίες με έμβολα δημιουργούν το φαινόμενο της αντλήσεως δια της κινήσεως παλινδρομούντων εμβόλων εντός των κυλίνδρων των. Ο μηχανισμός δημιουργίας της αντλήσεως βασικά αποτελείται από το σώμα των κυλίνδρων (τύμπανο), τα έμβολα με άρθρωση και πέλμα, την κεκλιμένη ή μη πλάκα (επί της οποίας στηρίζονται σταθερά ή ολισθαίνοντα τα πέλματα των εμβόλων), τα ελατήρια συγκρατήσεως των πελμάτων, και την πλάκα που φέρει την δίοδο αναρροφήσεως καθώς και την δίοδο καταθλίψεως. Όταν το τύμπανο και η πλάκα περιστρέφονται μαζί, τα έμβολα παλινδρομούν στους κυλίνδρους τους καθ όλη την διαδρομή τους. Όταν διαγράφουν την διαδρομή προς τα έξω αυξάνουν τον διαθέσιμο χώρο και δημιουργούν αναρρόφηση από την δίοδο αναρροφήσεως, ενώ όταν κινούνται προς τα μέσα μειώνουν τον διαθέσιμο χώρο και καταθλίβουν το ρευστό μέσω της διόδου καταθλίψεως (διότι εν τω μεταξύ το τύμπανο θα έχει περιστραφεί). Η κατάσταση αυτή όπου τα έμβολα συνδέονται με την πλάκα μέσω του πέλματος (το πέλμα εδώ είναι μία σφαιρική άρθρωση) ανήκει σε αντλίες με άξονες υπό γωνία, όπως στο κατωτέρω σχήμα. ΣΧΗΜΑ 6.7 Αντλία με αξονικά έμβολα με ταυτοχρόνως περιστρεφόμενα πλάκα και τύμπανο. (α) ΣΧΗΜΑ 6.8 Αντλίες με αξονικά έμβολα. (α) Περιστρεφόμενο τύμπανο και ακίνητη πλάκα. (β) Περιστρεφόμενη πλάκα και ακίνητο τύμπανο. (β)

- 185 - Υπάρχουν όμως και δύο άλλες παραλλαγές αυτών των αντλιών, όπου οι άξονες ευρίσκονται σε ευθυγραμμία. Εδώ τα έμβολα δεν συνδέονται με την πλάκα αλλά ολισθαίνουν επ αυτής. Στη μία παραλλαγή, το τύμπανο περιστρέφεται και η πλάκα είναι σταθερή, Σχ.6.9 (α), ενώ στην άλλη η πλάκα περιστρέφεται και το τύμπανο είναι ακίνητο, Σχ.6.9 (β). Η σταθερή (συνεχής) επαφή των πελμάτων των εμβόλων με την πλάκα (ιδίως κατά την φάση της αναρροφήσεως) επιτυγχάνεται με ελατήρια ή με ειδικές υποδοχές των πελμάτων οι οποίες δεν επιτρέπουν των απομάκρυνση των πελμάτων από την πλάκα. Μικρές δίοδοι φέρουν ρευστό στις επαφές των πελμάτων με την πλάκα επιτυγχάνοντας έτσι μείωση της τριβής (υγρά τριβή). ΣΧΗΜΑ 6.9 Αντλία μεταβαλλομένης παροχής με αξονικά έμβολα (Vardis). Στα πλεονεκτήματα των αντλιών αυτών περιλαμβάνονται και τα εξής: Αναπτύσσουν μεγάλη πυκνότητα ισχύος ανά μονάδα βάρους. Είναι κατάλληλες για υψηλές πιέσεις (400 bar με άξονες υπό γωνία, 500 bar με άξονες σε ευθυγραμμία). Οι αντλίες με άξονες υπό γωνία φθάνουν τις 5000 RPM, ενώ οι αντλίες με άξονες σε ευθυγραμμία λίγο χαμηλότερες. Έχουν μικρή ανομοιομορφία της ροής και αθόρυβη λειτουργία, ενώ έχουν και μικρή ροπή αδρανείας των κινουμένων μερών που τους επιτρέπει μεγάλες επιταχύνσεις. Είναι μεταβαλλομένης ειδικής παροχής με ρύθμιση από τιμή μηδέν έως και την μεγίστη δυνατή. Η γωνία αξόνων σε αντλία με άξονες υπό γωνία μπορεί

- 186 - να πάρει τιμές έως 45 ο, ενώ σε αντλίες με άξονες σε ευθυγραμμία η πλάκα μπορεί να έχει κλίση έως 25 ο. Δύνανται να λειτουργήσουν και ως υδραυλικοί κινητήρες με αρκετά υψηλό βαθμό αποδόσεως. Είναι δυνατή η ρύθμιση της παροχής, της πιέσεως λειτουργίας και της ισχύος τους. Ως μειονεκτήματα των αντλιών με αξονικά έμβολα μπορούν να θεωρηθούν: Η ευαισθησία τους στο μη καλά φιλτραρισμένο υδραυλικό υγρό. Για τις αντλίες αυτές το φίλτρο πρέπει να είναι των 10 μm. Το ότι το ιξώδες του εργαζομένου μέσου δεν πρέπει να είναι μικρό, π.χ. μικρότερο των 16 cst Το μεγάλο σχετικά κόστος κατασκευής των αντλιών αυτών, που τις καθιστά σχεδόν απαγορευτικές για τις μικρού μεγέθους βιοτεχνίες. ΣΧΗΜΑ 6.10 Αντλία αξονικών εμβόλων με άξονες υπό γωνία. 1. Κινητήρια άτρακτος 2. Εδράσεις κινητήριας ατράκτου 3. Καπάκι συγκράτησης εμβόλων 4. Ράβδος εμβόλου 5. Έμβολο 6. Θυρίδα καταθλίψεως 7. Σωλήν καταθλίψεως 8. Σωλήν αναρροφήσεως 9. Σώμα κυλίνδρου φέροντος τα έμβολα (revolver).

- 187-6.7 Αντλίες με ακτινικά έμβολα. Πέραν των αντλιών με αξονικά έμβολα αναφέρονται και οι αντλίες με ακτινικά έμβολα των οποίων οι άξονες είναι κάθετοι προς τον άξονα της ατράκτου της αντλίας. Μία τέτοια αντλία λειτουργεί με τρόπο όμοιο προς τις αντλίες με πτερύγια, αλλά αντί των πτερυγίων, η αντλία χρησιμοποιεί έμβολα. Αυτός ο τύπος ακτινικής αντλίας αποτελείται από τον στροφέα με τα ακτινικά έμβολα και από το κέλυφος. Ο στροφέας έχει μία εκκεντρότητα και τα εξωτερικά πέλματα των εμβόλων ολισθαίνουν επί της εσωτερικής επιφανείας του κελύφους, καθώς ο στροφέας περιστρέφεται και τα έμβολα απομακρύνονται προς το κέλυφος λόγω της φυγοκέντρου δυνάμεως. Ο κυλινδρικός χώρος στο κέντρο του στροφέα χωρίζεται σε δύο μέρη μέσω σταθερού διαχωριστικού. Το ένα μέρος είναι η αναρρόφηση και το άλλο η κατάθλιψη. Οι αντλίες αυτές χρησιμοποιούνται για παροχές 10 έως 350 lit/min και για πιέσεις έως 175 bar. ΣΧΗΜΑ 6.11 Βασικά μέρη αντλίας με ακτινικά έμβολα. 6.8 Κοχλιωτές αντλίες Υπάρχουν πολλών τύπων τέτοιες αντλίες, ένας εκ των οποίων φαίνεται στο σχήμα. 6.17 Γι αυτή την αντλία ο τρόπος λειτουργίας της βασίζεται στη λειτουργία τόσο των οδοντωτών τροχών όσο και του μεταφορικού κοχλία. Αποτελείται από τρεις κοχλίες, από τον κινητήριο και τους συνεργαζομένους.

- 188 - ΣΧΗΜΑ 6.12 Τυπική κοχλιωτή αντλία με τρεις κοχλίες, κινητήριος (μέσος) και συνεργαζόμενοι. Το ρευστό από την αναρρόφηση εισέρχεται στα διάκενα μεταξύ των σπειρών του κεντρικού κοχλία με τους συνεργαζόμενους και προωθείται παράλληλα με τον άξονα των κοχλιών προς την κατάθλιψη. Η στεγανότητα επιτυγχάνεται με τα μικρά διάκενα που υπάρχουν μεταξύ των κοχλιών και του κελύφους και με τις πολλές θέσεις εμπλοκής των σπειρών των κοχλιών. Χρησιμοποιούνται πολύ σε περιπτώσεις που απαιτούνται μεγάλες παροχές με μικρές πιέσεις, όπως στα συστήματα λιπάνσεως ή στα συστήματα μεταγγίσεως υγρών κλπ. Για μεγάλες πιέσεις πρέπει να αυξηθεί το μήκος του κοχλία (για να υπάρξουν πολλές θέσεις εμπλοκής των σπειρών) ή να ελαττωθεί το βήμα. Εμφανίζουν σχεδόν αθόρυβη λειτουργία και σταθερή ειδική παροχή, όμως έχουν χαμηλό ογκομετρικό βαθμό αποδόσεως και μεγάλο σχετικά κόστος κατασκευής. Καθώς υπάρχουν διάφορα είδη αντλιών θετικής μετατόπισης τύπου-κοχλία, οι κυριότερες διαφοροποιήσεις μεταξύ τους, συνίστανται στο διαφορετικό πλήθος σπειρών των δύο κοχλιών, το βήμα του κοχλία και την κατεύθυνση της ροής του ρευστού. Ο πιο διαδεδομένος τύπος κοχλιωτών αντλιών αποτελείται από δύο σπειρώματα που συνεργάζονται όντας σε δύο παράλληλα τοποθετημένες ατράκτους και εμπλέκονται διατηρώντας πολύ μικρή χάρη ανάμεσά τους. Ο πρώτος κοχλίας διαθέτει δεξιόστροφο σπείρωμα και ο δεύτερος αριστερόστροφο. Η μία άτρακτος οδηγεί την άλλη μέσα από μια βαθμίδα οδοντωτών τροχών συγχρονισμού της κίνησης, που καταφέρνει να κινήσει με συγχρονισμένο τρόπο τους κοχλίες και να διατηρήσει την αναγκαία χάρη ανάμεσά τους. Οι κοχλίες περιστρέφονται εντός ζεύγους κυλίνδρων που έχουν ενωθεί και σχηματίζουν δύο επικαλυπτόμενες κυλινδρικές θήκες. Αν και οι χάρες διαστάσεων είναι μικρές, δεν

- 189 - πραγματοποιείται καμία επαφή ανάμεσα στις σπείρες των δύο κοχλιών και των τοιχωμάτων του κυλινδρικού κελύφους. Σε αυτόν τον τύπο αντλίας, το υγρό παγιδεύεται στο εξωτερικό άκρο κάθε ζεύγους κοχλιών. Καθώς ο αρχικός χώρος ανάμεσα στις σπείρες του ενός κοχλία περιστρέφεται μακριά από την αντίθετης φοράς σπείρα του γειτονικού κοχλία, μία ποσότητα υγρού που έχει σπειροειδή μορφή, παγιδεύεται τη στιγμή που το άκρο του κοχλία έρχεται ξανά σε εμπλοκή με το αντίθετης φοράς σπείρωμα. Καθώς ο κοχλίας συνεχίζει να περιστρέφεται, η εγκλωβισμένη ποσότητα υγρού σπειροειδούς μορφής κινείται κατά μήκος του κυλίνδρου προς το κέντρο της περιοχής καταθλίψεως, ενώ μία νέα ποσότητα υγρού παγιδεύεται στην αρχή του σπειρώματος. Κάθε κοχλίας του ζεύγους, λειτουργεί με όμοιο τρόπο και κάθε ζεύγος κοχλιών καταθλίβει μία ίση ποσότητα υγρού σε αντίθετης φοράς σπείρες ως προς τον άξονα περιστροφής, οπότε εξαλείφεται η υδραυλική δύναμη ώθησης. Η απομάκρυνση του υγρού από την περιοχή αναρρόφησης, προκαλεί μία πτώση πίεσης η οποία έχει ως αποτέλεσμα να αναρροφάται νέο υγρό στην περιοχή αυτή. 6.9 Αντλίες με δέσμες Οι αντλίες αυτού του είδους αποτελούν την εξέλιξη του κοινού εγχύτη (jet pump ή ejector), ο οποίος είναι μία αντλία χωρίς κινούμενα εξαρτήματα που χρησιμοποιεί ενεργοποιημένο (υψηλής ολικής πιέσεως) ρευστό (αναφερομένου ως πρωτεύοντος ρευστού) για την ενεργοποίηση ή κίνηση και μεταφορά άλλου ρευστού (δευτερεύον ρευστό) όπως στο σχήμα 6.13 Το ενεργοποιημένο ρευστό εισέρχεται στον εγχύτη μέσω ακροφυσίου, όπου και δημιουργεί υποπίεση, εξ αιτίας της οποίας το δευτερεύον ρευστό εισέρχεται στον εγχύτη, εντός του οποίου τα δύο ρευστά αναμιγνύονται και μέσω του συγκλίνοντος-αποκλίνοντος αγωγού συμπληρούται η διαδικασία της ενεργοποίησης ή άντλησης του δευτερεύοντος ρευστού. Η μεταφορά ενεργείας από το πρωτεύον στο δευτερεύον ρευστό επιτυγχάνεται μόνον μέσω των δυνάμεων τριβής και δι αναμίξεως του πρωτεύοντος p με το δευτερεύον s ρευστό και επομένως ο βαθμός αποδόσεως είναι πολύ χαμηλός. Στο σχήμα του εγχύτου φαίνονται οι ταχύτητες V στις διάφορες θέσεις.

- 190 - ακροφύσιο πρωτεύοντος πρωτεύον ρευστό V p V T V 2 V S δευτερεύον ρευστό λαιμός ΣΧΗΜΑ 6.13 Αντλία με δέσμη ρευστού (jet pump ή ejector) ΣΧΗΜΑ 6.14 Αντλία με περιστρεφόμενες δέσμες ρευστού (rotary-jet pump ή Foa's pseudobladed jet pump) Οι αντλίες με περιστρεφόμενες δέσμες (Rotary jet pumps) εκτοξεύουν το πρωτεύον ρευστό υπό μορφή περισσοτέρων δεσμών μέσω ανοιγμάτων διατεταγμένων λοξώς επί περιστρεφομένου αγωγού, δημιουργουμένων έτσι πτερυγίων ρευστού (pseudoblades), τα οποία ενεργοποιούν το δευτερεύον ρευστό πολύ αποδοτικά μέσω κινουμένων επιφανειών (interfaces) και δι εφαρμογής ορθών τάσεων. Στο σχήμα 6.19 της αντλίας αυτής φαίνεται ο περιστρεφόμενος με γωνιακή ταχύτητα ω φορέας των ακροφυσίων του πρωτεύοντος ρευστού και οι ταχύτητες V p και V s ως προς το ακίνητο σύστημα αναφοράς.

- 191-7. Έδρανα ολισθήσεως 7.1 Τεχνολογία εδράνων ολισθήσεως Στα έδρανα ολισθήσεως ο στροφέας (περιστρεφομένη άτρακτος) ευρίσκεται εντός του εδράνου (τριβέας) και ανάμεσά τους υπάρχει μικρό διάκενο που πληρούται με λιπαντικό. Υπάρχουν τα εγκάρσια έδρανα ολισθήσεως που είναι κατάλληλα για ακτινικά φορτία και τα αξονικά ή ωστικά έδρανα ολισθήσεως που είναι κατάλληλα για αξονικά φορτία. Τα έδρανα ολισθήσεως έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα έναντι των εδράνων κυλίσεως: Κατασκευάζονται διαιρετά ή ολόσωμα και η σύνθεσή τους είναι απλή. Χρησιμοποιούνται σε κατασκευές μεγάλης ακριβείας επειδή κατασκευάζονται με πολύ μικρή χάρη. Δεν επιτρέπουν είσοδο σκόνης στον χώρο του λιπαντικού και των εργαζομένων επιφανειών του στροφέα και του εδράνου. Λειτουργώντας με υγρή τριβή δημιουργούν ένα υδροδυναμικό στρώμα λιπαντικού μεταξύ εδράνου και στροφέα και έχουν μηδενική φθορά των επιφανειών και άρα πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής. Έχουν μεγάλη ικανότητα παραλαβής κρουστικών φορτίων, απόσβεσης ταλαντώσεων και απομόνωσης θορύβων. Τα έδρανα ολισθήσεως έχουν ορισμένα μειονεκτήματα: Έχουν υψηλόν συντελεστή τριβής κατά την εκκίνηση. Χρειάζονται τακτική συντήρηση. Αποτελούν ειδικές κατασκευές. Απαιτούν μεγάλη ποσότητα λιπαντικού και ύπαρξη συστήματος λιπάνσεως. Τόσο στα έδρανα κυλίσεως όσο και στα έδρανα ολισθήσεως, η επίδραση των διαφόρων παραγόντων έχει ως εξής: Φόρτιση. Ως γνωστόν, η διάρκεια ζωής των εδράνων κυλίσεως υπολογίζεται στατιστικά. Επομένως σε κρίσιμες συνθήκες όπου το φορτίο παίζει σημαντικό ρόλο και οι ταχύτητες είναι υψηλές, στα έδρανα κυλίσεως υπολογίζεται μία ορισμένη διάρκεια ζωής, ενώ στα έδρανα ολισθήσεως η φθορά μπορεί να είναι μηδενική και η διάρκεια ζωής απεριόριστη. Σε πολλές εφαρμογές που η εκκίνηση γίνεται υπό φορτίο, τα έδρανα κυλίσεως υπερτερούν έναντι των εδράνων ολισθήσεως, τα οποία αναπτύσσουν υδροδυναμικό στρώμα λιπαντικού από κάποια ταχύτητα και άνω. Ταχύτητα. Τόσο τα έδρανα κυλίσεως όσο και τα ολισθήσεως είναι αποδοτικά το καθένα μέχρι κάποια μεγίστη ταχύτητα. Στα έδρανα ολισθήσεως, καθώς η ταχύτητα του στροφέα αυξάνει, το στρώμα του λιπαντικού γίνεται τυρβώδες και η αυξημένη διατμητική τάση αυξάνει την θερμοκρασία, εξ αιτίας της οποίας ελαττώνεται το

- 192 - πάχος του υδροδυναμικού στρώματος. Περιφερειακές ταχύτητες στροφέα έως 75 m/sec θεωρούνται υψηλές, όμως μερικές φορές έχουν επιτευχθεί ταχύτητες έως 150 m/sec. Στα έδρανα κυλίσεως οι ταχύτητες περιορίζονται από τις φυγόκεντρες δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των σωμάτων κυλίσεως και των διαδρόμων κυλίσεως στον εξωτερικό δακτύλιο. Το γινόμενο d n της διαμέτρου d(mm) του στροφέα και των στροφών του n(rpm) 6 είναι ο χαρακτηριστικός αριθμός για την ταχύτητα. Η τιμή d n 10 mm rpm θεωρείται υψηλή, αν και σε κατασκευές υψηλής τεχνολογίας λειτουργούν έδρανα κυλίσεως με τριπλάσιες τιμές της ανωτέρω. Λίπανση. Τα έδρανα κυλίσεως απαιτούν πολύ μικρότερη ποσότητα λιπαντικού από εκείνη των εδράνων ολισθήσεως. Επομένως, έχουν μικρότερες απώλειες και μικρότερη δημιουργούμενη θερμότητα. Επίσης, απαιτούν μικρότερη ροπή εκκινήσεως. Λόγω του μεγάλου πάχους του λιπαντικού, τα έδρανα ολισθήσεως εμφανίζουν μεγάλη απόσβεση στο μηχανικό σύστημα. Κόστος. Σε πολύ μεγάλες ποσότητες τα έδρανα ολισθήσεως μπορούν να παραχθούν φθηνότερα από τα αντίστοιχα έδρανα κυλίσεως. Σε μικρές ποσότητες, για ειδικό σχεδιασμό, τα έδρανα ολισθήσεως είναι ακριβότερα. Τα έδρανα κυλίσεως έχουν τυποποιηθεί και παράγονται σε μεγάλες ποσότητες. Μερικά έδρανα κυλίσεως που είναι απαραίτητα σε μειωτήρες στροφών δεν είναι πολλές φορές ετοιμοπαράδοτα, μολονότι αναφέρονται ως τέτοια στους καταλόγους των κατασκευαστών. Συνήθως αυτά δεν παράγονται εν σειρά και ως εκ τούτου είναι σχετικά ακριβά. Πολλές φορές το κόστος αντικατάστασης ενός εδράνου και εξ αυτής το κόστος διακοπής της λειτουργίας μίας σειράς παραγωγής είναι πολύ μεγαλύτερο από το αρχικό κόστος του εδράνου. Σε τέτοιες περιπτώσεις προτιμώνται τα έδρανα ολισθήσεως. Κατόπιν των ανωτέρω, έδρανα ολισθήσεως προτιμώνται σε υψηλές ταχύτητες και όταν μεγάλη διάρκεια ζωής και μεγάλη πιστότητα στην κατασκευή είναι αναγκαίες, και τέλος όταν το κόστος του εδράνου είναι πολύ μικρότερο από το κόστος αντικατάστασής του και διακοπής της λειτουργίας. Παρ όλα αυτά, σε μερικές κατασκευές υψηλής τεχνολογίας (κινητήρες αεροπλάνων) χρησιμοποιούνται έδρανα κυλίσεως για να γίνει εκμετάλλευση των χαμηλών απαιτήσεων της ροής λιπαντικού, του υψηλού βαθμού αποδόσεως, και της ικανότητας εκκίνησης χωρίς λιπαντικό ακόμα και σε χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Στα έδρανα ολισθήσεως, σχήμα 7.1 έχουμε τα εξής τεχνικά στοιχεία: D 2R διάμετρος εδράνου (εσωτερική) c R r ακτινική χάρη d 2 r διάμετρος στροφέα cr σχετική ακτινική χάρη e εκκεντρότητα του στροφέα σχετικά με το κέντρο του εδράνου

- 193 - e c σχετική εκκεντρότητα ή λόγος εκκεντρότητας δυναμικό ή απόλυτο ιξώδες του λιπαντικού, P φορτίο εδράνου U r περιφερειακή ταχύτητα στροφέα, l μήκος εδράνου n αριθμός στροφών ανά sec (rps) pm Pld μέση πίεση εδράνου 2 n γωνιακή ταχύτητα n S ο αριθμός Sommerfeld 2 p m Στο σχήμα 7.2 δίδονται οι περιοχές χρήσεων εγκαρσίων εδράνων για διάφορες διαμέτρους d του στροφέα. Έχει χρησιμοποιηθεί ένα ορυκτέλαιο (mineral oil) μεσαίας συνεκτικότητας για τα έδρανα ολισθήσεως. Το μέγιστο φορτίο αναφέρεται σε διάρκεια ζωής εδράνων 10000 ωρών σε συνήθη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Για τα έδρανα ολισθήσεως έχει ληφθεί το μήκος ίσο με την διάμετρο d.. Το σχήμα 7.3 περιέχει δεδομένα για τις χρήσεις των αξονικών (ωστικών) εδράνων, για διάφορες διαμέτρους d του στροφέα. Όπως και ανωτέρω, η διάρκεια ζωής των εδράνων έχει ληφθεί 10000 ώρες σε συνήθη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Για τα έδρανα ολισθήσεως θεωρήθηκε ένα ορυκτέλαιο μεσαίας συνεκτικότητας.

- 194 - α/α Ονομασία εξαρτήματος 6 Κοχλίες σύνδεσης εδράνου 1 Βάση του εδράνου 7 Περικόχλιο κοχλία σύνδεσης 2 Κέλυφος του εδράνου 8 Κοχλίας έδρασης εδράνου 3 Κάτω τμήμα τριβέως 9 Περικόχλιο κοχλία έδρασης 4 Άνω τμήμα τριβέως 10 Πλευρικός κοχλίας 5 Δακτύλιος 11 Βοηθητικός κοχλίας λαδιού

- 195 - Σχήμα 7.2 Περιοχές ταχυτήτων για χρήση εγκαρσίων εδράνων (κυλίσεως και ολισθήσεως) για διάφορες τιμές της Διαμέτρου d της ατράκτου

- 196 - Σχήμα 7.2 Περιοχές ταχυτήτων για χρήση ωστικών (αξονικών) εδράνων (κυλίσεως και ολισθήσεως) για διάφορες τιμές της διαμέτρου d της ατράκτου

- 197 -

- 198 -

- 199-8. Λοιπά μηχανήματα 8.1 Ηλεκτρικοί κινητήρες Οι ηλεκτρικοί κινητήρες ανήκουν στην κατηγορία των ηλεκτρικών μηχανών και είναι η κατηγορία των μηχανών με την μεγαλύτερη αριθμητικά εφαρμογή σε όλο τον κόσμο. Διακρίνονται σε κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος, σε συνεχούς ρεύματος και σε βηματικούς. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι οι διατάξεις ή μετατροπείς που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια περιστροφικής κίνησης στην άτρακτο εργομηχανής. Έχουν τρία βασικά τμήματα: το ηλεκτρικό, το μηχανικό, και το μαγνητικό πεδίο που τα εμπλέκει. Η δημιουργία δυνάμεων και ροπών στους δρομείς των ηλεκτρικών κινητήρων οφείλεται στη ύπαρξη ενός μαγνητικού πεδίου που σχηματίζεται ανάμεσα σε αυτούς και στους στάτορες και στην επίδραση της μεταβαλλομένης μαγνητικής ροής μέσα από τις κλειστές επιφάνειες που σχηματίζουν τα περιστρεφόμενα τυλίγματα. Κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος Οι σύγχρονοι κινητήρες είναι μονοφασικοί και τριφασικοί και λειτουργούν σε μία μόνο ταχύτητα, την ταχύτητα του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου που είναι απευθείας ανάλογη της συχνότητας του ρεύματος. Η τροφοδοσία στους μονοφασικούς κινητήρες γίνεται με εναλλασσόμενο ρεύμα μίας φάσης 1Φ ενώ στους τριφασικούς κινητήρες γίνεται με εναλλασσόμενο ρεύμα τριών φάσεων 3Φ. Οι μονοφασικοί περιορίζονται στις εφαρμογές κυρίως μικρής ισχύος. Οι επαγωγικοί κινητήρες είναι οι πλέον αξιόπιστοι, οικονομικοί και εύκολοι στη συντήρηση κινητήρες, γι αυτό και είναι οι πιο διαδεδομένοι στη βιομηχανία. Τα τυλίγματα του στάτορα τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα ενώ στα τυλίγματα ή στους αγωγούς του δρομέα επάγεται ρεύμα χωρίς να συνδεθούν σε κάποια πηγή. Από αυτόν τον λόγο πήραν το όνομά τους. Οι τριφασικοί κινητήρες παράγονται σε ισχείς από 0,3kW έως λίγα MW. Μπορούν να αντιστρέψουν τη φορά περιστροφής με αλλαγή της τροφοδοσίας δύο φάσεων. Οι 1Φ κινητήρες είναι γενικά χαμηλότερης ισχύος και χρησιμοποιούνται κυρίως όταν δεν υπάρχει εύκολη πρόσβαση σε 3Φ τάση. Οι 3Φ επαγωγικοί κινητήρες φέρουν δρομέα τύπου κλωβού, ή με τυλίγματα. Τα ρεύματα που διαρρέουν το στάτορα, δημιουργούν μαγνητικό πεδίο το οποίο προκαλεί τάσεις από επαγωγή στο δρομέα και ηλεκτρικό ρεύμα όταν

- 200 -

- 201 -

- 202 -

- 203 - είναι βραχυκυκλωμένος (τύπου κλωβού, κεφάλαιο 10) ή βραχυκυκλωμένος με εξωτερική αντίσταση (τυλιγμένος δρομέας). Επομένως η ροπή δημιουργείται όταν οι ρευματοφόροι αγωγοί κινούνται μέσα στο μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Οι 1Φ επαγωγικοί κινητήρες είναι οι πιο συνηθισμένοι κινητήρες που συναντάμε στην καθημερινή μας ζωή. Κινούν οικιακές συσκευές (π.χ. πλυντήρια) και γενικά μεγάλη ποικιλία μικρών εργαλείων. Ανάλογα με τον αριθμό των πόλων έχουμε 2- πολικούς, 4-πολικούς, 6-πολικούς κλπ. κινητήρες. Ανάλογα με τον αριθμό των πόλων οι κινητήρες αυτοί έχουν διαφορετικές στροφές λειτουργίας. Ενδεικτικά, οι 2-πολικοί κινητήρες ανήκουν στην κατηγορία των 2800rpm, οι 4-πολικοί στις 1400 rpm και οι 6-πολικοί στις 900rpm. Υπολείπονται σε στροφές έναντι της σύγχρονης ταχύτητας και γι αυτό ονομάζονται ασύγχρονοι λόγω των απωλειών ισχύος που οφείλεται στην ολίσθηση. Ανάλογα με το είδος της στήριξής τους κατηγοριοποιούνται σε Β3 με πόδια στήριξης, σε Β5 με μεγάλη φλαντζωτή στήριξη και Β14 με μικρή φλαντζωτή στήριξη, κλπ., και χρειάζεται προσοχή στον τρόπο λίπανσης και στην τυχόν αλλαγή χρήσης με βάση το ανωτέρω σχήμα.

- 204 - Βασικά Χαρακτηριστικά Ασύγχρονων 4-p Hλεκτρικών Κινητήρων ΧΣ Ισχύς στην έξοδο Μέγεθος Στροφές Στρεπτική ροπή Διάμετρος ατράκτου Απόδοση Power factor Ροπή Αδρανείας Μάζα d 100% συνφ J kw --- RPM N m mm % --- Kgr m 2 Kgr 1,1 90 S 1410 7,5 24 77,0 0,82 0,0024 20 1,5 90 L 1415 10,0 24 79,0 0,82 0,0030 22 2,2 100 L 1400 15,0 28 81,0 0,83 0,0045 35 3,0 100 M 1410 20,0 28 82,5 0,80 0,0065 38 4,0 112 M 1415 27,0 28 84,0 0,85 0,012 41 5,5 132 S 1440 37,0 38 87,0 0,84 0,021 59 7,5 132 M 1445 50,0 38 88,0 0,84 0,028 69 11,0 160 M 1460 73,0 42 90,0 0,86 0,065 108 15,0 160 L 1450 99,0 42 90,5 0,83 0,09 130 18,5 180 M 1460 121,0 48 90,5 0,84 0,13 165 22,0 180 L 1460 144,0 48 91,2 0,86 0,15 180 30,0 200 L 1465 196,0 55 91,8 0,86 0,24 240 37,0 225 S 1475 240,0 60 92,9 0,86 0,44 300 45,0 225 M 1475 292,0 60 93,4 0,87 0,52 330 55,0 250 M 1480 355,0 60 93,8 0,87 0,79 435 75,0 280 S 1485 482,0 65 94,3 0,86 1,4 610 90,0 280 M 1485 579,0 65 94,6 0,86 1,6 660 110,0 315 S 1486 707,0 65 94,8 0,86 2,2 830 132,0 315 M 1486 848,0 80 95,5 0,86 2,7 910 160,0 315 L 1486 1030,0 80 95,6 0,87 3,2 1060 200,0 315 L 1488 1280,0 80 96,2 0,87 4,2 1200 250,0 315 1488 1600,0 80 96,2 0,88 3,6 1300 315,0 315 1488 2020,0 80 96,3 0,88 4,4 1500 355,0 355 1488 2280,0 95 96,3 0,87 6,1 1900 400,0 355 1488 2570,0 100 96,4 0,87 6,8 2000 500,0 355 1488 3210,0 110 96,8 0,88 8,5 2200 560,0 400 1492 3580,0 120 96,8 0,88 13,0 2800 630,0 400 1492 4030,0 130 97,0 0,88 14,0 3000 710,0 400 1492 4540,0 140 97,0 0,89 16,0 3200

- 205 - Κινητήρες συνεχούς ρεύματος Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται σε μία πληθώρα εφαρμογών όπως ανυψωτικά μηχανήματα, πρέσες, παραγωγή χάρτου, συστήματα εξέλασης, αυτοματισμούς, ρομπότ, αριθμητικά ελεγχόμενες εργαλειομηχανές, ανεμιστήρες και αντλίες κ.ά. Επίσης χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε μέσα μεταφοράς (αυτοκίνητα, αεροπλάνα, πλοία, υποβρύχια, κλπ.). Βηματικοί κινητήρες Οι βηματικοί κινητήρες διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό από τους υπόλοιπους τύπους κινητήρων συνεχούς ή εναλλασσομένου ρεύματος. Η οδήγησή τους μετατρέπει ψηφιακές εντολές σε διακριτούς παλμούς τάσης συνεχούς ρεύματος. Οι κινητήρες αυτοί μετατρέπουν τους παλμούς τάσης σε διακριτή γωνιακή μετατόπιση του δρομέα, με την διέγερση των κατάλληλων τυλιγμάτων του στάτορα. Προορίζονται κυρίως για την επίτευξη μίας ορισμένης γωνιακής θέσης και όχι ενός αριθμού στροφών λειτουργίας. Η ταχύτητα περιστροφής, ακόμα και όταν φαίνεται σταθερή είναι παλμικά μεταβαλλόμενη. Παράγονται σε ισχείς από ολίγα W έως μερικά kw. Η οδήγησή τους είναι αρκετά πολύπλοκη και περιλαμβάνει ηλεκτρονικά ισχύος και λογικά κυκλώματα ελέγχου που παράγουν παλμούς τάσης. Χαρακτηριστικές τους εφαρμογές είναι ο έλεγχος θέσης εκτυπωτών, ψηφιοποιητών, διαφόρων αυτοματισμών, ο έλεγχος της θέσης ακτίνων laser κλπ. Στοιχεία για την επιλογή και εγκατάσταση ηλεκτρικών κινητήρων Εξαιτίας της ευρείας χρήσης αυτών των κινητήρων στις βιομηχανικές εφαρμογές οι ασύγχρονοι επαγωγικοί τριφασικοί κινητήρες εμφανίζουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Προσοχή πρέπει να δίνεται στην συνδεσμολογία του κινητήρα με το ρεύμα του δικτύου τη στιγμή της εκκίνησης. Συνήθως, στους κινητήρες μικρής έως και μεσαίας ισχύος, η υπερνίκηση του φορτίου εκκίνησης γίνεται με απευθείας σύνδεση του κινητήρα στο δίκτυο. Αντίθετα, σε κινητήρες μεσαίας έως και μεγάλης ισχύος, είναι απαραίτητη η ρύθμιση της ενέργειας που απαιτείται για την υπερνίκηση του φορτίου εκκίνησης, οπότε όταν αυτό είναι μεγαλύτερο από το προσφερόμενο μέσω του ρευματοδότη, είναι απαραίτητη η χρήση μίας σειράς συνδέσεων για ομαλή εκκίνησης. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες κατασκευάζονται με βάση τα διεθνή Standards όσον αφορά τις διαστάσεις των φλαντζών, των ατράκτων και των σχετικών παρελκομένων εξαρτημάτων. Το κέλυφος του κινητήρα πρέπει να είναι στεγανό, να αερίζεται εξωτερικά, και να περιλαμβάνει προστατευόμενον και δυναμικά ζυγοσταθμισμένον δρομέα. Η ονομαστική τάση, στα 50 Ηz, είναι (230/400 V) και μπορεί να ποικίλει ±10%, η οποία καθιστά τους διάφορους τύπους κινητήρων κατάλληλους για σχετικές τροφοδοσίες ρεύματος. Οι προδιαγραφές που καλύπτουν την προστασία και την λειτουργία των κινητήρων είναι οι εξής Προστασία Οι τύποι της προστασίας που ακολουθούν τους κανονισμούς αναγνωρίζονται από το πρόθεμα ΙP και από δύο αριθμούς που ορίζουν τα είδη της προστασίας.

- 206 - Ο πρώτος αριθμός ορίζει τον βαθμό προστασίας έναντι εισόδου, στο εσωτερικό του κινητήρα, ξένων υλικών και ο δεύτερος αριθμός ορίζει την προστασία έναντι εισόδου του νερού. Πρώτος αριθμός 0 Ουδεμία προστασία 1 Προστασία έναντι εισόδου μεγάλων αντικειμένων 2 Προστασία έναντι εισόδου μεσαίου μεγέθους αντικειμένων 3 Προστασία έναντι εισόδου μικρών αντικειμένων 4 Προστασία έναντι εισόδου πολύ μικρών αντικειμένων 5 Προστασία έναντι εσωτερικής απόθεσης σκόνης 6 Ολική προστασία έναντι εσωτερικής απόθεσης σκόνης Δεύτερος αριθμός 0 Ουδεμία προστασία 1 Προστασία έναντι κατακόρυφης εισόδου σταγόνων νερού 2 Προστασία έναντι κεκλιμένης εισόδου σταγόνων νερού 3 Προστασία έναντι λεπτού ψεκασμού με νερό 4 Προστασία έναντι ψεκασμού με νερό 5 Προστασία έναντι δέσμης νερού 6 Προστασία έναντι κατακλυσμού-πλημμύρας 7 Προστασία έναντι βάπτισμα σε νερό 8 Προστασία έναντι κατάδυσης Λειτουργική χρήση S1 Συνεχής λειτουργία Λειτουργία υπό σταθερό φορτίο και για αρκετό χρόνο προς επίτευξη θερμικής ισορροπίας. S2 Λειτουργία για μικρό χρονικό διάστημα Λειτουργία υπό σταθερό φορτίο για χρόνο μικρότερο του προηγουμένου που ακολουθείται από φάση ηρεμίας του κινητήρα, η οποία είναι αρκετή να δημιουργήσει ισορροπία μεταξύ της θερμοκρασίας της μηχανής και της θερμοκρασίας του λαδιού εντός της ανοχής των 2 ο C S3 Περιοδικά διακοπτόμενη λειτουργία Μία αλληλουχία όμοιων κύκλων λειτουργίας, καθένας των οποίων περιλαμβάνει φάση ηρεμίας και φάση εργασίας σταθερού φορτίου. S4 Περιοδική λειτουργία με εκκινήσεις Σειρά όμοιων κύκλων λειτουργίας, καθένας των οποίων περιλαμβάνει αμελητέες φάσεις εκκίνησης, φάση εργασίας σταθερού φορτίου, και φάση ηρεμίας. Πρέπει να δίνουμε τον αριθμό των εκκινήσεων ανά ώρα. S5 Περιοδική λειτουργία με πέδηση Όπως και η S4 αλλά με ταχεία ηλεκτρική πέδηση. S6 Συνεχής περιοδική λειτουργία με διακοπτόμενο φορτίο Σειρά όμοιων κύκλων εργασίας, καθένας των οποίων περιλαμβάνει μία περίοδο σταθερού φορτίου και μία περίοδο εν κενώ λειτουργίας αλλά χωρίς περίοδο ηρεμίας.

- 207 - S7 Συνεχής περιοδική λειτουργία με πέδηση Σειρά κύκλων όπως η S5 χωρίς φάση ηρεμίας. S8 Συνεχής περιοδική λειτουργία με συσχετιζόμενες μεταβολές φορτίου και στροφών Σειρά όμοιων κύκλων εργασίας, καθένας των οποίων περιλαμβάνει περίοδο σταθερού φορτίου και κάποια προκαθορισμένη ταχύτητα, ακολουθούμενη από λειτουργία σταθερού φορτίου σε διαφορετικές ταχύτητες, χωρίς φάση ηρεμίας. S9 Λειτουργία χωρίς περιοδικές μεταβολές φορτίου και στροφών Φορτίο και στροφές μεταβάλλονται με μη περιοδικό τρόπο και η λειτουργία περιλαμβάνει συχνές υπερφορτίσεις που ξεπερνούν την τιμή του πλήρους φορτίου. Κατηγορία Μόνωσης Α Ε Β F H Άνω όριο θερμοκρασίας 105 O C 120 O C 130 O C 155 O C 180 O C Συνήθως η θερμοκρασία λειτουργίας δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη της διαφοράς της θερμοκρασίας περιβάλλοντος από τις ανωτέρω τιμές, πχ σε θερμοκρασία περιβάλλοντος +30 O C κινητήρας με μόνωση κατηγορίας Η δεν επιτρέπεται να λειτουργεί σε θερμοκρασία μεγαλύτερη της 180 30 = 150 O C 8.2 Σύνδεσμοι μετάδοσης κίνησης Ένας σύνδεσμος είναι μηχανολογική κατασκευή που χρησιμοποιείται για να συνδέει δύο ομοαξονικές ατράκτους. Οι σύνδεσμοι μετάδοσης κίνησης φαίνονται να αποτελούν ασήμαντο μέρος του συστήματος, όμως κάποιες φορές μπορούν, όχι μόνο να φθαρούν οι ίδιοι αλλά να προκαλέσουν βλάβες και σε άλλα μέρη του μηχανισμού. Ελαστικοί Σύνδεσμοι Ένας ελαστικός σύνδεσμος χρησιμοποιείται στην μεταφορά περιστροφικής κίνησης και ροπής χωρίς ολίσθηση ενώ ταυτόχρονα υπερνικά τα προβλήματα αποκλίσεων από την καλή ευθυγράμμιση (γωνιακές αποκλίσεις, παραλληλία αξόνων, αξονική απόκλιση). Οι ελαστικοί σύνδεσμοι προσφέρουν ελαστικότητα από την ιδιότητα του εύκαμπτου υλικού που περιέχουν. Αυτά τα εύκαμπτα στοιχεία μπορεί να προέρχονται από διαφορετικά υλικά, όπως μέταλλο, ελαστικό, πλαστικό ή συνθετικό υλικό. Οι ελαστικοί σύνδεσμοι πρέπει να λειτουργούν μέσα στα όρια κόπωσης που επιβάλλει το εύκαμπτο υλικό. Τα περισσότερα μέταλλα έχουν όρια κόπωσης που μπορούν να προβλεφθούν και γι αυτό επιτρέπουν τη λειτουργία του συνδέσμου μέχρι τα ακριβή όρια που επιβάλλει ο κίνδυνος της κόπωσης. Ελαστομερή υλικά (π.χ. ελαστικό, πλαστικό κ.λπ.) συνήθως δεν έχουν πλήρως καθορισμένα όρια κόπωσης και ο ωφέλιμος χρόνος ζωής τους εξαρτάται

- 208 - κυρίως από τις συνθήκες λειτουργίας. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία ελαστικών συνδέσμων. Οι σύνδεσμοι αλυσίδας είναι συμπαγείς συσκευές ικανές για μεταφορά μεγάλων ροπών σε χαμηλές ταχύτητες. Αποτελούνται από δύο τύμπανα που φέρουν οδόντες αλυσοκίνησης οι οποίοι ενώνονται με αλυσίδα απλής σειράς, διπλής σειράς, ή αλυσίδα silent. Οι γραναζωτοί σύνδεσμοι κατέχουν προέχουσα θέση στο σύνολο των ελαστικώνσυνδέσμων και είναι διαθέσιμοι σε μία μεγάλη ποικιλία μεγεθών και τύπων. Είναι ικανοί να μεταφέρουν σημαντικά υψηλές ροπές σε υψηλές ή και χαμηλές ταχύτητες. Στην πιο κοινή μορφή τους είναι συμπαγείς και αποτελούνται από δύο ίδια τύμπανα με εξωτερικούς οδόντες και σωληνοειδές περίβλημα με εσωτερική οδόντωση που ταιριάζει και συνεργάζεται με τους εξωτερικούς οδόντες. Οι γραναζωτοί σύνδεσμοι με άτρακτο αποστάσεως αποτελούνται από δύο σωληνοειδή περιβλήματα, τα οποία συνδέονται με σταθερές φλάντζες για να σχηματίσουν δύο απλούς ελαστικούς συνδέσμους σε απόσταση ευρισκομένους, πουεσωτερικά συνδέονται με μία ενδιάμεση άτρακτο η οποία επιτρέπει τη μεταφορά ισχύος ανάμεσα σε δύο εντελώς ανεξάρτητες μηχανές. Οι σύνδεσμοι μεταλλικού πλέγματος είναι συμπαγείς μονάδες ικανές για μεταφορά σχετικά μεγάλων ροπών σε μέτριες στροφές. Αποτελούνται από δύο τύμπαναπλήμνες με ειδικές αυλακώσεις ή σχισμές που διάκεινται αξονικά στην εξωτερική επιφάνεια. Οι φλάντζες ενώνονται μέσω μεταλλικού πλέγματος υπό μορφή ελικοειδούς σερπαντίνας. Η ελαστικότητα επιτυγχάνεται με ολίσθηση του πλέγματος στις εγκοπές. Οι σύνδεσμοι διαφράγματος είναι σύνδεσμοι ελαστικού υλικού και χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές υψηλών ταχυτήτων και μεγάλης μεταφερομένης ισχύος. Είναι σύνδεσμοι σχετικά μικρού βάρους αναλογικά με την ισχύ που μεταφέρουν. Ο σύνδεσμος διαφράγματος είναι διαθέσιμος σε πολλά μεγέθη και μορφές, περιλαμβανομένου και ενός τύπου συνδέσμου για περιορισμένη ροπή. Αυτός ο σύνδεσμος χρησιμοποιεί δύο ελαστικά στοιχεία που χωρίζονται από ένα ταλαντευόμενο κεντρικό στέλεχος. Οι σύνδεσμοι ελαστομερούς υλικού παράγονται σε μεγάλον αριθμό μορφών που ανήκουν σε δύο κατηγορίες, ανάλογα με την φόρτιση του ελαστομερούς υλικού: φόρτιση με διάτμηση ή φόρτιση με συμπίεση. Υπό κανονικές συνθήκες δεν χρειάζονται συντήρηση, απλώς ελέγχουμε την κατάσταση του υλικού. Οι περισσότερες αστοχίες των συνδέσμων είναι αποτελέσματα ανεπαρκούς ή ακατάλληλης κατεργασίας και γενικότερα κατασκευής. Συνήθως έχουν να κάνουν με την έλλειψη ομοκεντρίας, με γωνιακές γεωμετρικές αποκλίσεις και ανοχές διαφόρων διαμέτρω και με ελαττωματικά υλικά και υλικά με ανεπαρκή αντοχή και σκληρότητα που συχνά συμβάλλουν σε απρόβλεπτες αστοχίες, Στους μηχανικούς ελαστικούς συνδέσμους, το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι η επίτευξη ικανοποιητικής λίπανσης ανάμεσα στις ολισθαίνουσες και συνεργαζόμενες επιφάνειες, αφού η έλλειψη λιπαντικού ανάμεσα σε αυτές τις καταπονούμενες από υψηλές πιέσεις επιφάνειες μπορεί να προκαλέσει ταχεία φθορά. Στους συνδέσμους ελαστικού

- 209 - υλικού, η ακατάλληλη σχεδίαση του ελαστικού υλικού και η μέθοδος συνένωσης των τυμπάνων είναι οι κυριότερες αιτίες απρόβλεπτης αστοχίας. Ο σύνδεσμος πρέπει να επιλέγεται ανάλογα με το μέγεθος της ροπής και να δίδεται προσοχή στις αιχμές φορτίου και στα κρουστικά φορτία που μπορεί να χρειαστεί να αντιμετωπίσει κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του. Επίσης πρέπει να ζυγοσταθμίζεται. Στην εκλογή του λαμβάνονται υπόψη και τα εξής: Ο τύπος της κινητήριας και της κινουμένης μηχανής. Τα χαρακτηριστικά της φόρτισης. Η ελαχίστη και η μεγίστη ροπή που καταπονεί τον σύνδεσμο. Οι διαστάσεις των ατράκτων. Οι συνήθεις και οι μέγιστες στροφές περιστροφής. Το διάκενο μεταξύ των άκρων των ατράκτων. Αλλαγές της διάστασης του διακένου αυτού λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας, μετατοπίσεις των εδράσεων; ή αξονική μετατόπιση των συνδεομένων ατράκτων κατά τη λειτουργία τους. H θέση του εξοπλισμού (οριζόντια, επικλινής ή κατακόρυφη). Οι θέσεις των εδράνων. Περιβαλλοντικές συνθήκες (ξηρασία, υγρασία, διαβρωτικό περιβάλλον, σκόνη ή άμμος). Το κόστος (αρχικό κόστος συνδέσμου, εγκατάστασης, συντήρησης και αντικατάστασης)

- 210 - Μετάδοση κίνησης μέσω συνδέσμων με κωνικότητα Η αρχή λειτουργίας των συνδέσμων με κωνικότητα βασίζεται στην ακτινική παραμόρφωση του παρεμβαλλομένου κόλουρου κώνου όπως αυτή προκύπτει ως εξής Η ροπή σύσφιγξης που εφαρμόζεται στους κοχλίες σύνδεσης προκαλεί σχετική αξονική μετατόπιση των εφαπτομένων εξαρτημάτων. Αυτή η σχετική κίνηση στο κεκλιμένο επίπεδο του κόλουρου κώνου γίνεται αιτία αύξησης της διαμέτρου του εξωτερικού δακτυλιδιού και ελάττωσης της διαμέτρου του εσωτερικού δακτυλιδιού. Αυτές οι μεταβολές διαμέτρων, λόγω της ανάπτυξης μεγάλης πίεσης μεταξύ των εφαπτομένων επιφανειών στο κεκλιμένο επίπεδο του κόλουρου κώνου, επιτρέπει μεταφορά φορτίων (δύναμης και ροπής) μεταξύ της ατράκτου και των εξαρτημάτων (πχ οδοντωτός τροχός, τροχαλία, αλυσοτροχός κλπ.). Πλεονεκτήματα των συνδέσμων με κωνικότητα Μηδενικό παίξιμο μεταξύ ατράκτου και εξαρτήματος. Γίνεται ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου σε ολόκληρη την διάμετρο. Επιτυγχάνεται συγχρονισμός μεταξύ των συνεργαζομένων εξαρτημάτων. Αυξάνεται η ενεργός επιφάνεια της κινητήριας ατράκτου Ελαττώνεται ο χρόνος συναρμολόγησης της μηχανής. Ευκολότερη συντήρηση καθώς δεν χρειάζεται συχνό σταμάτημα της μηχανής και είναι εύκολη η χρησιμοποίηση ανταλλακτικών.

- 211 - Παραδείγματα συνδέσμων με κωνικότητα

- 212 -

- 213 -

- 214 - Variator

- 215 -

- 216 -

- 217 -

- 218 -

- 219 -

- 220 -

- 221 -

- 222 -

- 223 -

- 224 -

- 225 -

- 226 -

- 227 -

- 228 -

- 229 -

- 230 -

- 231 -