Általános mérnöki ismeretek (Elemente de inginerie generală) Egyetemi jegyzet. Dr. Szilágyi József

Általános mérnöki ismeretek (Elemente de inginerie generală)

Egyetemi jegyzet

Dr. Szilágyi József

Általános mérnöki ismeretek Tartalomjegyzék 1. Fejezet Fémipari anyagismeret 1.1 A fémes anyagok szerkezete 1.2. A fémek kristályos felépítése 1.3. A fémek és ötvözetek szerkezeti felépítése (szilárd oldatok, fémvegyületek, kristálykeverékek) 1.3.1. Szilárd oldatok 1.3.2. Fémvegyületek 1.3.3. Kristálykeverékek 1.4. A fémes anyagok szerkezetének vizsgálatára szolgáló módszerek. 1.5. A fémes anyagok szerkezete és fizikai, mechanikai, illetve technológiai tulajdonságai közötti összefüggés 1.6. Fémek vizsgálata és tulajdonságai 1.6.1. A fémek és ötvözetek fizikai tulajdonságai 1.6.2. Fémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságaik, és vizsgálatuk. 1.7. A fémes anyagok szerkezetének kialakulása 1.7.1. Állapotábrák 1.7.1.1. A fémek szilárdulása, hűtési görbék 1.8. A vas-szén ötvözetek 1.8.1. A vas és szén, mint a vas-szén ötvözetek alkotói 1.8.2. A vas szén ötvözetek alkotói 1.8.3. A Fe-Fe3C állapotábra 1.8.4. A vas szén ötvözetek osztályozása 1.8.5. Öntöttvasak 1.8.6. Az acélok 1.8.7. Ötvözött acélok és öntöttvasak 1.9. Színesfémek és ötvözeteik 1.9.1. A réz 1.9.2. Az alumínium és ötvözetei 1.9.3. A magnézium és ötvözetei 1.9.4. A cink és ötvözetei 1.9.5. Ón és ólom alapú ötvözetek 1.9.6. Nikkel és króm alapú ötvözetek 2. Fejezet Villamosmérnöki anyagismeret 2.1. Az elektrotechnikai anyagok osztályozása elektromos szempontból 2.1.1. Vezető anyagok 2.1.2. Félvezető anyagok 2.1.3. Elektromos szigetelő anyagok 2.2. Vezető anyagok (fémek, oldatok) 2.2.1. Fémek 2.3. Félvezető anyagok 2.3.1. Intrinszek vezetésű félvezető anyagok 2.3.2. Extrinszek vezetésű félvezető anyagok

2.4. Elektromos szigetelő anyagok (gáznemű, szilárd, cseppfolyós) 2.4.1. Dielektrikumok elektromos térben 2.4.2. A szigetelőanyag elektromos tulajdonságai 2.4.3. A szigetelő anyagok fizikai és vegyi tulajdonságai 2.4.4. Mechanikai tulajdonságok 2.4.5. Gáznemű szigetelő anyagok 2.4.6. Cseppfolyós szigetelő anyagok 2.4.7. Szerves, szilárd szigetelő anyagok 2.4.8. Szilárd, szervetlen szigetelő anyagok 3. Fejezet Gépészmérnöki alapismeretek 3.1. Alapfogalmak 3.1.1. Mennyiségek, mértékegységek 3.2. Gépelemek 3.2.1 A gépelemek csoportosítása 3.2.2. Kötőelemek, kötések 3.2.3. A forgó mozgás gépelemei 3.2.4. Forgómozgást közvetítő gépelemek 3.2.5. Mozgást átalakító szerkezetek 3.2.6. Folyadékok és gázok szállítására használatos gépelemek 3.2.7. Rugók 3.2.8. A gépelemek méretezési alapelvei 3.3. Ékek, kötések és rögzítő szegek 3.3.1 Keresztirányú ékkötések és szegkötések 3.3.2 Hosszanti ékkötések, rekeszkötések és szegkötések 3.3.3. Hosszanti lejtős ékek 3.3.4. Reteszek 3.3.5. Bordáskötések 3.3.6. Ék és reteszkötések méretmegválasztása 3.3.6.1. Hossznyírású ékek és reteszek 3.3.6.2. Keresztnyírású ékek 3.3.7. Axiális helyzetbiztosító elemek 3.4. Csavarkötések 3.4.1. Csavarmenet-jellemzők 3.4.2. A csavarkötések anyagai 3.4.3. Csavarbiztosítások 3.4.4. A csavarkötés sztatikus igénybevétele és méretezése 3.4.5. Mozgatócsavarok méretezése 3.5. Szegecskötések 3.5.1. Szegecskötések alkalmazása 3.5.2. Szegecsfajták, szegecskötések kialakítása 3.5.3. Szegecskötés méretezése szegecselt tartályok esetében 3.6. Hegesztett kötések 3.6.1. Alkalmazási területek, előnyök, hátrányok 3.6.2. Hegesztési varratok ábrázolása rajzjelekkel 3.6.3. A hegesztett szerkezetek kialakításának főbb szempontjai 3.6.4. A hegesztett gépelemek méretezése 3.7. Forrasztott és ragasztott kötések 3.7.1. Forrasztott kötések 3.7.2. Ragasztott kötések

3.8. Rugalmas kötőelemek (rugók) 3.8.1. A rugók típusai, alkalmazási területei és a rugók anyagai 3.8.2. Húzásra és nyomásra terhelt rugók 3.8.3. Csavarásra igénybevett rugók 3.8.4. Gumirugók 3.9. Tengelyek 3.9.1. Tengelyek felhasználása, osztályozása és anyaga 3.9.2. Tengelyek szilárdsági számításai 3. 10. Csapágyak 3.10.1. Siklócsapágyak 3.10.2. Radiális vagy hordozó siklócsapágyak 3.10.3. Axiális, vagy támasztó síkcsapágyak 3.11. Tengelykapcsolók 3.11.1. A tengelykapcsolók jellegzetességei, szerepe és szerkezeti válfajai 3.11.2. Nem oldható tengelykapcsolók 3.11.3. Rögzített tengelyű tengelykapcsolók 3.11.4. Mozgékony (beálló) tengelykapcsolók 3.11.5. Oldható tengelykapcsolók 3.12. Közlőművek 3.12.1. Szíjhajtások 3.12.2. Kötélhajtás 3.12.3. Lánchajtások 3.12.4. Fogaskerekek 3.12.5. Fékek 3.12.6. Csővezetékek és csőszerelvények 3.12.6.1. Folyadék és gáztárolók 3.12.6.2. Csővezetékek és csövek 4. Fejezet Villamosmérnöki alapismeretek 4.1. Villamos kapcsolókészülékek 4.1.1. Villamos ív 4.1.2. Ívoltó berendezések 4.1.3. Érintkezők 4.1.4. Kézi vezérlésű kapcsolókészülékek 4.1.5 Elektronikus kapcsoló berendezések 4.1.6. Villamos motorok 4.1.7. Vezérlési kapcsolási vázlatok 4.1. 8. Szinkron motor 5. Fejezet Irányítástechnika 5.1. Bevezető alapfogalmak 5.2. Méréstechnika 5.2.1. Jelek 5.2.2. Érzékelők 5.3. Irányítástechnika 5.4. Szabályozástechnika 5.4.1. A vezérlés és a szabályozás összehasonlítása 5.4.2. A szabályozások csoportosítása 5.4.3. A szabályozás minőségi jellemzői 5.5. Egyezményes rajzjelek

1.Fejezet Fémipari anyagismeret Az ipari termelésben a gépek, szerszámok, mérőműszerek és berendezések fémekből és ötvözetekből készülnek. Egy eszköz tulajdonságait annak az elemnek vagy ötvözetnek a tulajdonságai határozzák meg, amelyekből az illető eszköz készül. Az anyagok tulajdonságait nagyrészt a szerkezetük és a megmunkálási technológiájuk határozza meg. A jegyzet egyik célkitűzése a fémes szerkezetek, fontosabb fizikai, mechanikai és technológiai tulajdonságok ismertetése, illetve a gépgyártásban használatos fémek és ötvözeteik bemutatása. 1.1. A fémes anyagok szerkezete. A fémes anyagok, akárcsak bármely más anyag atomokból és molekulákból épülnek fel. Az atomok, illetve a molekulák térben történő elrendeződése határozza meg az illető anyag tulajdonságait. 1.2. A fémek kristályos felépítése A fémek atomokból épülnek fel. A fémgőzökben az atomok távol helyezkednek el egymástól. A fém olvadékban az atomok már közelebb vannak egymáshoz, kis csoportokat képeznek, melyek együtt mozognak. A szilárd fémekben az atomok nagyon közel vannak egymáshoz, köztük csak az értékelektronok helyezkednek el. E közelség miatt, az atomok között kölcsönös taszító és vonzóerők lépnek fel. Ezen erők hatására az atomok térben rendezetten helyezkednek el. Ha az atomokat összekötjük képzeletbeli vonalakkal, megkapjuk a fémek kristályos szerkezetét. A kristályrács típusok közül a legismertebbek: a). Kockahálózat, amely lehet: - térközepes köbös rács (a. ábra) - lapközepes köbös rács (b. ábra) b). Hatszögű rács, amely közül legismertebb a sűrű (kompakt) hatszögű rács. Térközepes köbös ráccsal rendelkezik: Cr, Mo, W, Ti, stb. Fontos jellemzőjük az alacsony alakíthatóság. A lapközepes köbös rács fémei nagyon könnyen megmunkálhatók hideg vagy meleg alakítással. Ilyenek: Au, Cu, Al, és Pb. A sűrű hatszögű rácsban (c. ábra) kristályosodó fémek alacsony hőfokon nem, de magasabban már alakíthatók. Ezek az elemek: Zn, Mg, Cd, Stb.

a.

b.

c.

1.1 ábra: Kristályrács típusok 5

A valóságban azonban a kristályrácsok nem ideálisak, hanem bizonyos hibákat mutatnak. Ezek a hibák lehetnek: a). Pontszerű hibák - üres csomópont (1.2.a. ábra) - idegen atom - közöttes atom b. Vonalszerű hibák, amelyeket díszlokációnak nevezünk (b. ábra) c. Térfogatszerű hibák, amelyek a fémtömb elmozdulás nevet viselik Ezeket a hibákat az 1.2 ábra szemlélteti:

a). 1-üres, hely. 2- közöttes atom b), 3-többlet atomsor 1.2 ábra: Kristályrács hibák 1.3. A fémek és ötvözetek szerkezeti felépítése A fémek cseppfolyós állapotban oldódnak egymásban, de megszilárdulás után, az atomjaik között ható erők miatt szilárd oldatokat, fémvegyületeket illetve kristálykeverékeket képeznek egymással. Ugyanez a helyzet az ötvözetekkel is. Ötvözetet úgy kapunk hogy két vagy több fémet és fémet és vagy nem fémes elemet (ebben az esetben a fém aránya az ötvözetben nagyobb, mint 50 %) összeolvasztunk. Az ötvözetben az az fém, amely aránya nagyobb 50 % -nál (vagy ha az ötvözet sok elemből áll, akkor a legtöbbet tartalmazó) az alapelem, míg a többiek az ötvöző elem nevet viselik. 1.3.1. Szilárd oldatok Olvadt állapotban a fémek kölcsönösen oldódnak egymásban, fémoldatokat képezve. Szilárdulásuk után több lehetőség áll fent: - ha az ötvöző elem atomjai lényegesebben kisebbek, mint az alapelem atomjai, akkor az ötvöző elem atomjai az alapelem atomjai között helyezkednek el, így keletkezik a szövetközi szilárd oldat (1.3.b. ábra - ha az ötvöző elem atomjai ugyanakkorák, és a kristályos szerkezetük is hasonló, képesek helyettesíteni a rácsban az alapelem atomjait, így keletkeznek a helyettesítési szilárd oldatok (1.3.a. ábra).

6

a) helyettesítési szilárd oldat, b) a szövetközi szilárd oldat 1.3 ábra: Szilárd oldatok A szilárd oldatok mikroszerkezete hasonlít a szilárd fémek mikroszerkezetéhez 1.3.2. Fémvegyületek Fémvegyületek esetében az ötvözetet alkotó elemek atomjai között vonzóerők lépnek fel, egy új kristályrács keletkezik, amely tartalmazza mindkét fém atomjait. A fémvegyületek mikroszkóp alatt világos, csillogó mértani alakzatok formájában észlelhető (tűk: a, lemezek b, sokszögek: c, gömböcskék: d rozetták, e.) (1.4 ábra)

Alakzatok: a-tűk, b- lemezek, c- sokszögek, d- gömböcskék, e- rozetták. 1.4 ábra: Fémvegyületek mikroszkóp alatt 1.3.3. Kristálykeverékek Kristálykeverék keletkezhet fémek és fémvegyületek, illetve szilárd oldatok és fémvegyületek között. A kristálykeverék típusokat az 1.5 ábra ismerteti

7

a. pálcaszerű fémkeverék, b. lemezes keverék, c. szilárd oldat, d. fémvegyület lemezes keveréke, 1. fémvegyület, 2. szilárd oldat 1.5 ábra: Kristálykeverék típusok Példák szerkezeti összetevőkre az üzemi gyakorlatból: - szilárd oldat: ferrit, ausztenit - fémvegyület: cementit - kristálykeverék: perlit, ledeburit 1.4. A fémes anyagok szerkezetének vizsgálatára szolgáló módszerek. A legegyszerűbb vizsgálati módszer a makroszkopikus módszer, melyet végezhetünk szabad szemmel, vagy nagyítóval. A mikroszkopikus vizsgálat abból áll, hogy a vizsgálandó anyagból készült próbatestet fémmikroszkóp segítségével tanulmányozzuk. A fémmikroszkóp részei: - próbatest megvilágító rendszer - optikai (lencse) rendszer - mechanikai rendszer A közönséges fémmikroszkóp nagyítása 50...2000-szeres nagyságrendű, míg az elektronikus fémmikroszkópok elérik a néhány százezres nagyságrendű nagyítást is. 1.5. A fémes anyagok szerkezete és fizikai, mechanikai, illetve technológiai tulajdonságai közötti összefüggés A fémes anyagok tulajdonságait a vegyi összetételük, illetve szerkezetük határozza meg. - a tiszta fémek lágyak és alakíthatóak. - a szilárd oldatok ugyancsak lágyak és alakíthatók - a fémvegyületek nagyon kemények, és egyáltalán nem alakíthatók nem munkálhatók meg sem fémforgácsolással, sem képlékenyalakítással. - a kristálykeverékek tulajdonságai a tiszta fémek, és fémvegyületek tulajdonságai között helyezkednek el. A szerkezet, és ezáltal a tulajdonságok is az alábbi metallurgiai módszerek egyikével módosíthatók: - különleges öntési és előállítási módszerek alkalmazása - hideg képlékeny alakítás - hőkezelések 1.6. Fémek vizsgálata és tulajdonságai 1.6.1. A fémek és ötvözetek fizikai tulajdonságai 1.6.1.1. A szín A frissen megmunkált felületeken észlelhető. A sötét szürkétől a csillogó fehérig terjed. Kivételek: - sárga (arany és ötvözetei) - vörös (réz és ötvözetei) 1.6.1.2. Fémes csillogás Ugyancsak a frissen megmunkált felületeken észlelhető. Az átlátszatlanság és a fényvisszaverődés eredménye. Erősödik csiszolás hatására, de idővel, a korrózió miatt eltűnik. 1.6.1.3. Sűrűség A sűrűség az egységnyi térfogat tömege. Mértékegysége: kg / dm3. A fémek sűrűsége 0,53 kg / dm3, (lítium) és 22,5 kg / dm3 (ószmium) között váltakozik. A sűrűség szempontjából a fémek feloszthatók: - igen könnyű fémek: ρ < 2 : kg / dm3 (pld: lítium: ρ = 0,53 kg / dm3, magnézium: ρ = 1,74 kg / dm3) - könnyű fémek: ρ ε 2...4 kg / dm3 (pld alumínium, ρ = 2,7 kg / dm3) 8

- félkönnyű fémek: ρ ε 4...6 kg / dm3. (például titán: ρ = 4,5 kg / dm3) - nehéz fémek: ρ ε 6...10 kg / dm3 ( ilyenek: réz: ρ = 8,9 kg / dm3 , vas: ρ = 7,68 kg / dm3) - nagyon nehéz fémek: ρ > 10 kg / dm3 (ide sorolhatók: ezüst: ρ = 10,5 kg / dm3, arany: ρ = 3 3 3 19,32 kg / dm , platina: ρ = 21,45 kg / dm és ószmium: ρ = 22,5 kg / dm ) 1.6.1.4. Olvaszthatóság A fémek azt a tulajdonságát jelenti, hogy hő hatására szilárd halmazállapotból átmennek cseppfolyós halmazállapotba. Ebből a szempontból a fémek feloszthatók: - könnyen olvadó fémek. Ilyenek a: nátrium: olvadáspont: 98 oC, ón: olvadáspont: 232 oC, ólom: olvadáspont: 327 oC és alumínium: olvadáspont: 650 oC, - nehezen olvadó fémek. Ide sorolhatók: réz: olvadáspont: 1083 oC, vas: olvadáspont: 1539 oC és arany: olvadáspont: 1063 oC) - nagyon nehezen olvadó fémek: ide tartozik: nióbium: olvadáspont: 2052 oC, molibdén: olvadáspont: 2630 oC, és tantál: olvadáspont: 2990 oC. - tűzállóak: ilyenek: rénium: olvadáspont: 3240 oC és wolfram: olvadáspont: 3380 oC. 1.6.1.5. Hőtágulás A hőtágulás a fémek és ötvözetek azon tulajdonsága, hogy megnövelik méreteik a hőmérséklet növekedésével 1.6.1.6. Hővezetés A hővezetés a fémek és ötvözetek azon tulajdonsága, hogy vezetik a hőt. A legjobb hővezető fémek az arany és az ezüst, a leggyengébbek a bizmut és a mangán. 1.6.1.7. Elektromos vezetés Az elektromos vezetés a fémek azon tulajdonsága, hogy vezetik az elektromos áramot. A technikában az elektromos vezetés inverzét, a fajlagos ellenállást alkalmazzák. A fajlagos ellenállás jelölése: ρ, és mértékegysége: Ώ m, vagy Ώ mm2 / m. A fémek és ötvözetek esetében a fajlagos ellenállás növekedik a hőmérséklet növekedésével. 1.6.1.8. Mágneses tulajdonságok A mágneses tulajdonság a mágneses térbe helyezett anyagok viselkedését jellemzi. Ebből a szempontból a fémes anyagok a következő képen csoportosíthatók: - diamágneses anyagok: enyhén taszítja őket a mágneses tér. Ilyenek az ezüst, arany, réz, stb. - paramágneses anyagok: enyhén vonzza őket a mágneses tér. Ezek a fémek a következők: alumínium, króm, mangán, platina, stb. - ferromágneses anyagok: erősen vonzza őket az elektromos tér. Három ilyen fém ismert: vas, nikkel és kobalt. Azt a hőmérsékletet, amelyen a ferromágneses anyagok paramágnesessé válnak, Curie pontnak nevezzük. A vas 768 oC alatt ferromágneses, fölötte paramágnesessé válik. Vas esetében a 768 oC a Curie pont. 1.6.2. Fémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságaik, és vizsgálatuk. 1.6.2.1. A keménység A keménység a fémek és ötvözetek azon tulajdonsága, hogy belső erőik révén ellenállnak annak, hogy más testek beléjük hatoljanak, vagy megsemmisítsék őket. Statikusan, a keménységet három féle képen határozhatjuk meg: 1.6.2.1.1. Brinell féle módszer A módszer abban áll, hogy egy D átmérőjű (az átmérő 2,5, 5 vagy 10 mm) acélgolyóval, F erővel (F = 62,5...3000 N) nyomjuk az ellenőrizendő test felületét. A nyomási idő 15 másodperc. A golyó eltávolítása után megmérjük a keletkezett gömbsüveg d átmérőjét. A Brinell keménységet, amit HB-vel jelölünk, a nyomóerő F, a golyó D illetve a nyom d átmérőjének a függvényében táblázatokból keressük ki. A Brinell módszer elvét az 1.6. ábra segítségével szemléltetjük: 9

1.6. ábra: Brinell féle módszer 1.6.2.1.2. Rockwell módszer A munkadarab felületét egy 120o-os csúcsszögű gyémánttal nyomjuk. A nyomóerő 60...150 daN között váltakozik. A Rockwell keménységet a gépre szerelt skáláról olvashatjuk le. A módszer elvét az 1.7. ábra mutatja be:

1.7 ábra: Rockwell módszer 1.6.2.1.3. Vickers módszer Hasonlít a Rockwell féle módszerhez, azzal a különbséggel, hogy a nyomófej (gyémánt gúla) csúcsszöge 136o, a használt erő kisebb (1...30 daN) A készüléken a négyzet alakú nyom átlójának nagyságát olvassuk le. A keménység értékét (jelölése HV, mértékegysége daN / mm2) a nyomóerő és az átló nagyságának függvényében táblázatokból határozzuk meg. 1.6.2.2. Rugalmasság és alakíthatóság A rugalmasság a fémek és ötvözetek azon tulajdonsága, hogy viszonylag kis külső erők hatására rugalmas alakváltozást szenvednek. Az erő megszűnte után a test visszanyeri eredeti formáját. A képlékenység az a tulajdonság, hogy nagy külső erők hatására a testek törésük előtt maradandó alakváltozást szenvednek. A rugalmasság az alaptulajdonsága a rugó nevű gépelemeknek. Az alakíthatóság, vagy képlékenység teszi lehetővé a képlékeny alakítási módszereket (kovácsolás, sajtolás, hengerel, stb.) 1.6.2.3. Szilárdság A szilárdság az anyagok azon tulajdonsága, hogy ellenállnak annak, hogy külső erők alakváltozásra, vagy megsemmisítésre kényszerítsék őket. A szilárdsági értékek függnek a mechanikai igénybevétel természetétől, ami lehet: húzás, nyomás, hajlítás, nyírás, csavarás, vagy ezek kombinációja. 10

1.6.2.4. Ütőszilárdság Az anyagok azon tulajdonsága, hogy törésük előtt képesek energia elnyelésre. A Charpy féle kalapáccsal határozzuk meg. Jelölése: KCU KCU = Eszakítási / S [daJ / cm2] 1.6.2.5. Fáradási igénybevétel Olyan munkadarabok esetében jelentkezik, amelyek váltakozó, és ismétlődő külső igénybevételnek vannak kitéve. (pld: tengelyek) Különös próbatestek segítségével határozzák meg. Ezeket olyan gépekre szerelik, amelyek, előállítják a külső igénybevételt. 1.6.2.6. A húzási igénybevétel diagramja A próbadarabok keresztmetszete So, hosszuk Lo. A próbadarabot befogatják a vizsgálógép befogópofái közé. A pofát növekedő húzóerővel terhelik. A próba egyenletesen nyúlni kezd, közben vékonyodik. A nyúlás rugalmas az erő Fe értékéig. Az erő Fc értékétől a nyúlás képlékennyé válik, és az alakváltozás maradandó. Az erő gyakorlatilag nem változik. Ezt a jelenséget folyásnak nevezzük. Az erő legnagyobb, Fmax értékénél elkezdődik a próbatest helyi elvékonyodása. Innen a keresztmetszet és a húzóerő is csökkenni kezd. A próbatest nyúlik még egy keveset, az erő Fr értékénél az elvékonyodás helyén elszakad. Ha egy testet külső erővel terhelnek, a testben reakcióerők képződnek, aminek értékét feszültségnek, vagy szilárdságnak (σ ) nevezünk. σ = F / So A fajlagos megnyúlás ε: ε = ∆ L / Lo = (L – Lo) / Lo A megnyúlás nagyságát az erő függvényében az 1.8. diagram ismerteti. A technikában az így felépített diagramot húzódiagramnak nevezik.

11

1.8 ábra: Húzódiagram

A relatív megnyúlás jele: δ. δ = 100 . ε = ∆ L / Lo = 100. L – Lo) / Lo A rugalmassági határ: σe σe = Fe / So aminek megfelel egy δe relatív rugalmas megnyúlás. Az E = σ / ε arányt Young féle modulusnak nevezzük. A folyási határ: σc σc = Fc / So Szakítószilárdság: σr σr = Fmax / So Szakítási megnyúlás: δr 12

δr = 100. ∆ Lr / Lo Szakadási elvékonyodás: Z Z = 100. (So – Sr ) / So Ahol Sr a próbatest keresztmetszete a szakadás pillanatában. 1.6.3. A fémek és ötvözetek technológiai tulajdonságai és vizsgálatuk 1.6.3.1. Önthetőség Az önthetőséget, mint tulajdonságot, meghatározza a fémek folyékonysága és olvadékonysága. Egy fém, vagy ötvözet minél alacsonyabb hőmérsékleten olvad, annál könnyebben önthető. 1.6.3.2. Alakíthatóság A fémek és ötvözetek azon tulajdonsága, hogy meleg képlékeny alakítással megmunkálhatók. Meghatározására a zömítési próbát használják. 1.6.3.3. Hajlítási kísérlet A próbadarabot egy kis d átmérőjű hengeres tüske köré hajlítjuk (1.9.a ábra). A vizsgált anyag annál képlékenyebb, minél nagyobb az az α szög, amelynél a próbadarab oldalán repedések jelennek meg. Az α maximális értéke 180o. Az eljárást lemezek, szalagok és csövek esetében alkalmazzák.

1.9 ábra: Hajlítási próba 1.6.3.4. Váltakozó irányú hajlítási próbák A satuba fogott munkadarabot 90o-al oda-vissza hajtogatjuk (1.9.b ábra). A hajlíthatóságot a törésig vagy repedésig elszenvedett hajlítások száma jellemzi. 1.6.3.5. Hegeszthetőség A fémek azon képességét, hogy hegesztés által szét nem bontható módon összeilleszthetők, hegeszthetőségnek nevezzük. Hegeszthetőségi vizsgálatnak vetjük alá azon munkadarabokat, amelyekből hegesztett szerkezetek készülnek. 1.6.3.6. Forgácsolhatóság A fémek és ötvözetek azon tulajdonsága, hogy megmunkálhatók egy forgácsolási eljárással (esztergályozás, fúrás, marás, stb.) A forgácsolhatósági próbát csak nagyon ritkán, nagysorozatú, vagy tömeges termelés esetében végzik el. 1.7. A fémes anyagok szerkezetének kialakulása 1.7.1. Állapotábrák 1.7.1.1. A fémek szilárdulása, hűtési görbék A szilárdulás, vagy dermedés a cseppfolyós állapotból a szilárd állapotba való átmenet hűtés révén. a). A fémek állandó hőmérsékleten dermednek, míg az ötvözetek dermedhetnek állandó hőmérséklete, vagy egy hőmérsékleti intervallumon is. 13

b). A legtöbb fémvegyületnek saját olvadáspontja van, tehát állandó hőmérsékleten dermed. c). A szilárd oldatok egy hőmérséklet intervallumon dermednek. d). A kristálykeverékek állandó hőmérsékleten szilárdulnak. A következő ábrákon szemléltetjük néhány szövettani összetevő dermedési görbéjét:

a. fémek, b. szilárd oldatok, c. kristálykeverékek 1.10 ábra: Hűtési görbék Az ötvözetek kristályosodását általában az állapotábrák segítségével tanulmányozhatjuk. Ezek a diagrammok általában két vegyi elemből készülnek. Ha az ötvözet három vegyi elemből tevődik össze, az állapotábra csak térben készíthető el. A négy, vagy még több elemből álló ötvözetek estében nem készíthetünk állapotábrákat. A következőben bemutatjuk a réz és nikkel ötvözeteiből készített állapotábrát. A két fém oldódó képessége szilárd állapotban korlátlan. A diagrammot két görbe határozza meg: a liquidus, vagy dermedési görbe, és a solidus, vagy szilárdulási görbe. A liquidus fölötti tartományban az ötvözetek olvadt állapotban, a solidus alatt szilárd állapotban, míg a kettőjük között részben szilárd, részben olvadt állapotban találhatók.

14

1.11 ábra: Állapotábra . 1.8. A vas-szén ötvözetek 1.8.1. A vas és szén, mint a vas-szén ötvözetek alkotói 1.8.1.1. A vas A vas szürke színű, lágy fém. Sűrűsége 7,68 kg / dm3, keménysége 60...70 HB. Jó a képlékenysége (δr = 50%), olvadáspontja 1539 oC. Három polimorf módosulata van: a). 910 oC alatt térközepes köbös rácsban kristályosodik, a neve Feα b). 910...1400 oC között lapközepes köbös rácsban kristályosodik, jelölése Feγ. c). 1400...1539 oC között ismét lapközepes köbös rácsban kristályosodik, és a neve: Feδ. 1.8.1.2. A szén A szén nemfémes elem, két polimorf változata van: - a gyémánt: komplex köbös rácsban kristályosodik. A természetben található legkeményebb anyag. - a grafit komplex hatszögű rácsban kristályosodik. A vas-szén ötvözetekben ötvözőelemként a grafit használatos. Könnyen oldódik a vasolvadékban és szilárd oldatokat, fémvegyületeket és kristálykeveréket képez. Ha a grafit a vasban kötött (cementit) akkor a metastabil Fe-Fe3C diagrammról beszélünk. Ha a grafit szabad, akkor a Fe-C egyensúlyi állapotú jelleggörbe alakul ki. 1.8.2. A vas szén ötvözetek alkotói 1.8.2.1. Ferrit A ferrit a grafit és Feα szilárd oldata. Jelölése: Feα(C), vagy α = C + Feα A ferrit nagyon kis mennyiségű grafitot képes feloldani (maximum 0,02 %-ot) Szövetszerkezete poliéderes. Lágy és alakítható. 1.8.2.2. Ausztenit Az ausztenit a grafit és a Feγ szilárd oldata. Jelölése: Feγ(C), vagy γ γ = C + Feγ Maximum 2,14 % szenet képes feloldani , 723 oC fölött stabil .Nagyon jó a képlékenysége, ami a melegmegmunkálás alapját képezi. 15

1.8.2.3. Cementit A cementit a szén és a vas fémvegyülete. Jelölése Ce, vagy Fe3C. Nagyon kemény (> 800 HB) és törékeny. 6,67 % szenet tartalmaz. Ce = Fe3C = 3Fe + C A cementitnek három változata ismert: - primer cementit (fehér színű lemezkék formájában láthatók mikroszkóp alatt) - szekunder cementit (finom lemezes, vagy szemcsés formájú, fehér hálót képez) - tercier cementit 1.8.2.4. Ledeburit A ledeburit a cementit és az ausztenit kristálykeveréke. Jelölése: Le Le = Ce + γ Szobahőmérsékleten perlitből és primer cementitből áll. 723oC fölött stabil, 4,43 % szenet tartalmaz. Nagyon kemény, sem forgácsolással, sem melegmegmunkálással nem munkálható meg. 1.8.2.5. Perlit A ferrit és a cementit kristálykeveréke. Jelölése Pe. Pe = Ce + α A perlit keménysége közepes (250 HB), széntartalma 0,77 %képlékenysége kielégítő (δr = 10%). 1.8.3. A Fe-Fe3C állapotábra A Fe-Fe3C

16

1.12 ábra: A Fe-Fe3C állapotábra Az állapotábra a vas és szén ötvözeteket tartalmazza 6,67% széntartalomig (cementit). Az 1.12. ábra ezeket az ötvözeteket ismerteti. E széntartalom fölött az ötvözetek olyan kemények, hogy már a technikában nem lehet őket alkalmazni. 1.8.4. A vas szén ötvözetek osztályozása A vas-szén ötvözeteket két nagy csoportba oszthatjuk: fehér nyersvasakra és acélokra. 1.8.4.1. Acélok Az acélok maximum 2,14% szenet tartalmaznak. A széntartalom függvényében 3 csoportba sorolhatók: a). hipoeutektoidos acélok: széntartalmuk 0,77 % alatti b). eutektoidos acélok: széntartalmuk 0,77 % c). hipereutektoidos acélok: 0,77... 2,14 % közötti a széntartalmuk. 1.8.4.2. Fehér nyersvasak Széntartalmuk 2,14...6,67 % között váltakozik. A széntartalom függvényében feloszthatók: a). eutektikus fehér nyersvasak: 4,43 %-os a széntartalmuk b). hipoeutektikus nyersvasak: 2,14...4,43 % között tartalmaznak szenet c). hipereutektikus nyersvasa: 4,43...6,67% közötti a széntartalmuk. 1.8.5. Öntöttvasak 1.8.5.1. Nyersöntvények A nyersöntvényeket a nagyolvasztóból nyerik, a vasérc koksszal történő redukálásával. Megközelítőleg 3,5...4,5 % a széntartalmuk. Lehetnek ötvözetlenek, illetve ötvözöttek. A nyersvasak a vason és szénen kívül még szilíciumot, foszfort, ként és mangánt is tartalmaznak. Két célra használatosak: - acél előállítására Siemens-Mártin kemencékben. Ebben az esetben a jelölésük FAK. - újraolvasztásra és darabokba öntésre. Jelük: FK, vagy FX. 1.8.5.2. Öntvények (öntöttvasak) A fehér nyersvas kupolókemencében történő újraolvasztásával állítják elő. Magasabb a kísérőelem tartalmuk (S, Mn, P és S). A kísérőelem tartalomtól és a hűtési körülményektől függően beszélünk: a). Fehér nyersvasak. Alacsony a kísérőelem tartalmuk, a grafit cementit formájában található bennük. Nagyon kemények. Nem munkálhatók meg sem fémforgácsolással, sem meleg képlékeny alakítással. Kopásálló darabok és alakítható öntvények gyártására használatos. b). Feles nyersvasak. Bennük a szén részben kötött (cementit), részben szabad (grafit). Nincs különleges felhasználási területe. c). Szürke nyersvas. Magasabb a S tartalmuk (1,5 % fölötti) a szén előfordulhat bennük egyaránt lemezes és szemcsés formában is. (a. lemezes grafit, b. gömbgrafit)

17

a- lemezgrafitos öntöttvas, b- gömbgrafitos öntöttvasat 1.12 ábra: Öntöttvas szerkezetek A lemezgrafitos öntöttvasat (1.12.a ábra) közönséges szürkeöntvénynek nevezzük. A gömbgrafitos öntöttvasat (1.12.b ábra) a kohónyersvas kezelése után nyerjük. A fémes alapanyagok szerkezete szerint a szürkeöntvény lehet: - ferrites - ferrit-perlites - perlites. A szürkeöntvény mechanikai tulajdonságait a szövetszerkezet, a grafittartalom nagysága és eloszlása határozza meg. Legnagyobb szilárdsága a perlites, legalacsonyabb a ferrites szürkeöntvényeknek van. Jelölésük Fcvel kezdődik, amit egy szám követ, és az illető öntvény minimális húzószilárdságát mutatja daN / mm2-ben. Pld.: Fc 10, Fc 15, Fc 20, Fc 30, Fc 35 és Fc 45. A kohóöntvény magnéziumos kezelése után nyerjük a gömbgrafitos öntöttvasat, (jelölése Fgn), amelynek mechanikai szilárdsága megközelíti az acélok szilárdságát, de sokkal olcsóbbak. Pld.: Fgn 52, Fgn 80. A szürke öntöttvasak szilárdsága az alapanyag szövetszerkezetétől függ. Legalacsonyabb keménységű a ferrites, a ferrit-perlites köztes keménységű, míg legkeményebb a perlites öntöttvas. A szürkeöntvények csillapítják a rezgéseket. Sűrűségük 6,6....7,4 kg / dm3 között váltakozik, és ez a grafit mennyiségétől, illetve az alapanyag szövetszerkezetétől függ. A grafit növeli a hővezető képességet, de csökkenti az áramvezető képességet. A szürkeöntvények ferromágnesesek, de 770 oC fölött paramágnesessé válnak. Kiválóak az önthetőségi és forgácsolhatósági tulajdonságai, de gyenge a hegeszthetőségük, és gyakorlatilag kovácsolhatatlanok. 1.8.5.3. Alakítható öntvények A fehérnyersvasat a lágyító temperálásnak nevezett hőkezelés segítségével állítják elő. A cementit melegítés hatására grafitra és vasra bomlik. Ha az egész cementit lebomlik, az öntvény alapanyaga teljesen ferrites (temperált fekete öntvény), ha csak részben bomlik le, az alapanyag teljesen perlites (temperált fehér öntvény) A temperöntvényeket Fm-vel jelölik, melyet egy szám követ, ami az öntvénymárka minimális szakítószilárdságát mutatja daN / mm2-ben. Pld.: Fm 30, Fm 40. Az alakítható öntvényekből rezgésnek, és lökésszerű terhelésnek kitett darabok készülnek (pld. Sebességváltó szekrény, tárcsák, horgok, kapcsok, stb.). 1.8.6. Az acélok Az acélokat az öntvények Siemens-Mártin kemencében, villamos kemencében és Bessemer konverterekben történő finomításával állítják elő. A finomítás az öntvényben található szén egy részének az elégetését jelenti. Az acélok, a szén és vas mellett még tartalmaznak: - 0,05...0,35 % Si, - 0,05...0,80 % Mn, - 0,05...0,06 % P, 18

- 0,05...0,06 % S. 1.8.6.1. Az acélok osztályozása Az osztályozást több szempontból végezhetjük: a). Vegyi összetétel szerint: - ötvözött acélok - ötvözetlen acélok b). Rendeltetés szerint: - szerkezeti acélok - szerszámacélok - különleges rendeltetésű acélok c). A szállítási állapot szerint: - melegen hengerelt és kovácsolt acélok - öntött acélok 1.8.6.1.1. Melegen hengerelt szénacélok A szénacélok sűrűsége csökken a széntartalom növekedésével. A fajlagos hő és az elektromos rezisztivítás, és a keménység nő, míg a hővezetési képesség csökken a széntartalom növekedésével. Fémforgácsolhatóságuk az alapanyag szövetszerkezetének a függvénye, és általában hőkezeléssel javítható. A szénacélok kovácsolhatók az 1150...850 oC hőmérsékleti intervallumon. Hegeszthetőségük jó alacsony széntartalom mellett, és romlik a széntartalom növekedésével. 1.8.6.1.2. Szerkezeti szénacélok Rendszerint lágy szénacélok használatosak a szerkezetekhez, ugyanis hegeszteni és hajlítani kell őket. Ezek hipoeutektoidos acélok. Rendeltetésük szerint lehetnek: - közönséges szénacélok - minőségi szénacélok A közönséges szénacélok jelölése OL-vel kezdődik, amit egy szám követ, és az illető acélmárka minimális szakítási szilárdságát mutatja daN / mm2-ben. Pld.: OL 30, OL 37, stb. Az alacsony széntartalmú, közönséges szénacélokból hegesztett fémszerkezetek készülnek. (vasúti hidak, különböző fedelek, betonvasak, stb.) A magasabb széntartalmú acélmárkákból a gépgyártó iparban kisebb jelentőségű alkatrészek készülnek, mint: csavarok, csavaranyák, alátétek, kengyelek, stb. Minőségi szénacélok esetében a gyártó garantálja az acélmárka vegyi összetételét, és az alapvető mechanikai tulajdonságokat is. Jelölésük OLC-vel kezdődik, amit egy szám követ, és az acél százalékos széntartalmát mutatja század százalékban. Pld az OLC 50 0,5 % szenet tartalmaz. - az OLC 10 és OLC 15-ből hegesztéssel és sajtolással előállított darabokat gyártanak. - OLC 25, OLC 35 és OLC 45-ből nagyobb szilárdságot és szívósságot igénylő darabok készülnek. - Az OLC 60-ból rugalmas gépelemeket készítenek (rugók, fogaskerekek, stb. 1.8.6.1.3. Nagy széntartalmú szerszámacélok Ezek kemény és extrakemény acélok, magasabb széntartalommal. (07...1,4 % C) Jelölésük OSC-vel kezdődik, amit egy szám követ, és a széntartalmat mutatja tízed százalékban. Például: - OSC 8 széntartalma 0,8 % - OSC12 széntartalma 1,2 % A szerszámacélokat különböző hőkezelési eljárásoknak vetik alá. - az OSC7, OSC 8 és OSC 9-ből olyan forgácsoló szerszámok készülnek, amelyekkel nemfémes anyagokat munkálnak meg (fa, papír, karton, műanyag, stb.) - az OSC10, OSC 12 és OSC 13-ból kis keménységű fémes anyagok megmunkálására szolgáló forgácsoló szerszámokat készítenek. (sárgaréz, bronz, szürkeöntvény, lágy acélok, stb.) 19

1.8.6.1.4. Különleges rendeltetésű szénacélok Többfélék lehetnek: 1. Automatikus szerszámgépekkel megmunkálható szénacélok. Ezek lágy, vagy félkemény acélok. Magasabb a kéntartalmuk (0,08...0,3 % kén) jelölésük AUT-al kezdődik, amit egy szám követ és az acélmárka széntartalmát mutatja század százalékban. Pld.: AUT 20-ban 0,2 % szén található 2. Foszforos csavaranya acél. 0,20...0,40 % foszfort tartalmaznak. Jelölésük: OLP 3. Kazánok, és nyomás alatti tartályok gyártására használatos acélok. Jelölésük R, vagy K. Vastag lemezek alakjában szállítják. Széntartalmuk 0,09...0,33 % között váltakozik. 4. Melegen hengerelt csövek számára készült acélok. Jelölésük OLT, amit egy szám követ, és az acél minimális szakítási szilárdságát mutatja daN / mm2-ben Pld.: OLT 35. 5. Reszelők gyártására használatos acélok jelölésük OSP, amit egy szám követ, és a széntartalmat mutatja tized százalékban. Például: az OSP 8 széntartalma 0,8 %, míg az OSP12 széntartalma 1,2 % Ezeket az acélmárkákat hőkezelik 1.8.6.1.5. Öntött szénacélok Ezek lágy, vagy félkemény acélok. Jelölésük OT, amit két szám követ. Az első szám az acél minimális szakítási szilárdságát mutatja daN / mm2-ben. A második szám: 1, 2 vagy 3, és jelentésük: -1: a gyártó szavatolja a szakítószilárdságot és megnyúlást. -2: a gyártó szavatolja za előbbit, és a folyási határt is. -3: a gyártó szavatolja az előbbieket, és a szűkülést és ütőszilárdságot is. Példa: az OT 40-2 jelentése: a szakítási szilárdság 40 daN / mm2, és garantált a szakítószilárdság, megnyúlás és folyási határ. Az öntött szénacélokból kerekeket, hengereket, dugattyúkat és egyéb mozgó alkatrészeket gyártanak. 1.8.7. Ötvözött acélok és öntöttvasak Az ötvözött acélok és öntöttvasak a vas és szén mellett még más vegyi elemeket tartalmaznak, úgy mint: Mn, Si, Cr, Ni, Mo, Ti, W, V, Al, stb. Az ötvöző elemek mennyiségének a függvényében az ötvözött acélok és öntöttvasak lehetnek: - gyengén ötvözöttek, 2,5 % -nál kevesebb az ötvöző elemük. - közepesen ötvözöttek: 2,5...10 % közötti az ötvöző elem tartalmuk - Erősen ötvözöttek: az ötvöző elem tartalmuk 10 % fölötti. A gyengén ötvözött acélok perlitet tartalmaznak, ezért perlites acél a nevük. Az erősen ötvözött acélokban megjelenik a ledeburit, ezért ledeburitos acéloknak nevezik őket. Az erősen ötvözött szürke öntöttvasak szerkezetében megjelenik a ferrit, vagy ausztenit. Ezek az új szerkezetek az alkatrészeknek új, a régieknél jobb tulajdonságokat nyújtanak: korrózió és hőállóvá válnak, azonban nehezen önthetők, és gyakorlatilag kovácsolhatatlanok. A gyakorlatban hőkezelt állapotba használatosak. 1.8.7.1. Melegen hengerelt ötvözött acélok A felhasználásuk szerint lehetnek: - szerkezeti acélok - szerszámacélok - különleges rendeltetésű acélok 1.8.7.1.1. Ötvözött szerkezeti acélok Általában gyengén ötvözöttek, jelölésük egy számmal kezdődik, ami a közepes széntartalmat mutatja század százalékban. Ezt követik az ötvöző elemek vegyi képletei a tartalmuk szerinti növekvő sorrendben. A jelölést egy szám zárja, a fő ötvöző elem (tehát az utolsó vegyjel) mennyisége, tízed százalékban. Pld.: 41 VMoCr17: az acél 0,41% szenet tartalmaz, ötvöző elemei a mennyiségük szerinti növekvő sorrendben: V, Mo és Cr, a krómtartalom 1,7 %. 20

Felhasználás: a hegeszthető márkákból fémszerkezetek készülnek, egyes márkákat cementálásnak, vagy karbonitrálásnak vetnek alá. Hőkezelés után, egyes, gyengén ötvözött acélokból rugók gyárthatók. 1.8.7.1.2. Ötvözött szerszámacélok Általában hipoeutektoidos, hipereutektoidos, (gyengén ötvözöttek) és ledeburitos (erősen ötvözött) acélok. A hipoeutektoidos acéloknak ugyanaz a jelölési módja, mint a szerkezeti acéloknak, azzal a különbséggel, hogy nem tüntetjük fel a széntartalmat. Pld.: VCrW85. Ezekből az acélmárkákból melegmegmunkáláshoz használatos szerszámok (matricák) készülnek. A hipereutektoidos ötvözött szerszámacélból fémforgácsoló szerszámok készülnek (esztergakés, fúró, maró, stb.) Pld.: CrVW30. A ledeburitos acélokból olyan esztergakések készülnek, amelyekkel, nagy sebességgel munkálnak meg kemény acél ős öntöttvas alkatrészeket. Fő ötvöző elemük a W és Mo. Jelölésük Rp-vel kezdődik, amit egy védjegyszám követ, pld.: Rp1, Rp2, Rp3,..., Rp5. 1.8.7.1.3. Különleges rendeltetésű acélok Közepesen, vagy magasan ötvözött acélok. A következő csoportjai ismeretesek: - rozsdamentes és korrózióálló acélok. Nem rozsdásodnak a környezet, és néhány vegyi elem hatására. Inox acéloknak is nevezik őket. Szerkezetük ferrites, vagy ausztenites. Fő ötvöző elemük a króm és nikkel. Jelölésük ugyanúgy történik, mint az ötvözött szerkezeti acéloké. Pld.: 10NiCr180 - hőálló ötvözött acélok: kibírják és nem korrodálódnak magasabb hőfokon sem. Három félék lehetnek: 1. szorbitosak: 40MoSiCr100 2. ferritesek: 10Cr170 3. ausztenitesek: 7TiNiCr180 - különleges mágneses tulajdonságú acélok. Ezeket két csoportba soroljuk: 1. kemény mágneses anyagok. Az állandó mágnesek gyártására használatosak. Fő ötvöző elemük a króm, wolfram és kobalt. 2. lágy mágneses anyagok. Ezeknek magas a mágneses permitivításuk, ezért főleg telefonmembránok és transzformátorok vasmagjai készülnek belőlük. 1.8.7.2. Ötvözött öntöttvasak Két félék lehetnek: erősen ötvözöttek és gyengén ötvözöttek. A Cr, Ni, és Mo-el ötvözött öntöttvasak nagyon kemények, ezért hengermű hengerek készülnek belőlük. A gyengén ötvözött szürke öntöttvasból antifrikciós és hőálló darabok készülnek. A Cr vagy Al-al ötvözött vasak szövetszerkezete ferrites, ami hő, kopás és korrózióálló tulajdonságot biztosít a belőle készült alkatrészeknek. 1.9. Színesfémek és ötvözeteik Széles skálában használatosak a technikában. Az előfordulási állapotuk szerint lehetnek: - közönségesek (vegyileg kötve, érceikben találhatóak, ilyenek a réz, alumínium, cink, ólom, stb.) - nemesek (tiszta formában találhatók, ilyenek az arany, ezüst és platina) - radioaktívak (természetes sugárzásuk van? Uránium, rádium, stb.) A földkéregben, kis mennyiségben található fémeket ritka fémeknek nevezzük. 1.9.1. A réz A réz vöröses színű fém. Sűrűsége 8,95 kg / dm3, olvadáspontja 1083 oC. Alakítható, korrózióálló, jó a villamos és elektromos vezetőképessége. Alacsony a szilárdsága, és keménysége, de nagyon könnyen megmunkálható hideg képlékeny alakítással. 1.9.1.1. A réz ötvözetei 21

1.9.1.1.1. Sárgaréz A sárgaréz a réz és cink ötvözete. A sárgaréz csoportosítható: - alakítható sárgaréz, amely lehet: a.) hengerelhető sárgaréz b). sajtolható sárgaréz c). kemény sárgaréz - forrasztáshoz használt sárgaréz - öntött sárgaréz. 1.9.1.1.2. Bronzok A bronz a réz és ón, alumínium, berillium, ólom, stb. ötvözete. Leggyakrabban használatosak az ón tartalmú bronzok, amelyek lehetnek: - hengerelhető bronzok - önthető bronzok, amelyek lehetnek: a). lágy bronzok b). kemény bronzok 1.9.1.1.3. Réz –nikkel ötvözetek Az elektrotechnikában használatosak fűtőtestek gyártására. A legfontosabb ötvözetek közül megemlíthetőek: - nikkelin - konstatán - manganin 1.9.2. Az alumínium és ötvözetei Az alumínium fehér, könnyű fém, sűrűsége 2,7 kg / dm3. nagyon lágy és képlékeny. A hőt, és villamosságot jól vezeti. Felületi oxidáció (passziválás) után korrózióállóvá válik. Szilárdsága növelhető, ha különböző elemekkel ötvözzük (Si, Cu, Mg, stb.) Az alumínium ötvözetek lehetnek: - sajtolással alakítható ötvözetek - önthető ötvözetek Az alakítható ötvözetek lehetnek: - korrózióálló ötvözetek (kis mennyiségű mangánnal és magnéziummal ötvözettek). - hőkezeléssel keményített ötvözetek Ezek a dúralumínium nevet viselik. Ötvöző elemeik a réz, magnézium és mangán. Az önthető alumínium ötvözeteket is két csoportra oszthatjuk: - sziluminok - hőkezeléssel keményíthető ötvözetek 1.9.3. A magnézium és ötvözetei A magnézium könnyű fém (sűrűsége 1,74 kg / dm3), színe csillogó fehér. 650 oC-on olvad meg. Levegőn hevítve magától meggyúlad, és fényes lánggal ég. Lágy, de kevésbé alakítható, mint a többi fém. Alumíniummal, cinkkel és mangánnal ötvözve ultrakönnyű ötvözeteket nyerünk, amelyeket az űrtechnikában használnak. A magnézium alapú ötvözetek feloszthatók: - alakítható magnézium ötvözetek. Ezek hőkezeléssel nem keményíthetőek. Ritkán használatosak. - öntött magnézium ötvözetek. Főleg repülőgép és számítógépgyártásban használatosak. 1.9.4. A cink és ötvözetei A cink kékes színű, közepes sűrűségű fém. Sűrűsége 7,1 kg / dm3, olvadáspontja 419 oC. Az elektromos és hővezető képessége és alakíthatósága alacsonyabb, mint a többi fémé. Korrózióálló. Főleg az elektrotechnikában galvánelemek készítésére, és az acélok cinkelésére használatos. Az alumínium-cink ötvözeteket két változatban gyártják: 22

- 4 % alumíniummal - 20 % fölötti alumíniummal. A réz-cink-alumínium ötvözeteket szerelvények, játékok és egészségügyi berendezések gyártására használják. 1.9.5. Ón és ólom alapú ötvözetek. Az ólom szürke színű fém Sűrűsége 11, 3 kg / dm3, olvadáspontja 327 oC. Nagyon alacsony az elektromos és hővezető képessége, nagyon lágy, és nyúlékony. Az ón ezüstös fehér színű fém. Sűrűsége 7,3 kg / dm3, olvadáspontja 232 oC. Nagyon lágy. Élelmiszerek csomagolására, és antikorróziv bevonásokra használják. Az ólom és ón alapú ötvözetek csoportosíthatók: - antifrikciós ötvözetek - forrasztó ötvözetek - könnyen olvadó ötvözetek - erősáramú, vagy telefonkábelek burkolására használatos ötvözetek - nyomdaipari ötvözetek 1.9.6. Nikkel és króm alapú ötvözetek A nikkel szürkés fehér fém. Sűrűsége 8,9 kg / dm3, olvadáspontja 1455 oC. Szívós, nyúlékony, hidegen is könnyen alakítható fém. Nikkelezésre, acélok ötvözésére és az elektrotechnikában különböző alkatrészek gyártására használatos A króm csillogó fehér fém. Sűrűsége 7, 2 kg / dm3, olvadáspontja 1920 oC. Kemény, és kevésbé alakítható. Galvánbevonatokra, acélok ötvözésére és az elektrotechnikában különböző alkatrészek gyártására használják. 2. Fejezet Villamosmérnöki anyagismeret 2.1. Az elektrotechnikai anyagok osztályozása elektromos szempontból A fajlagos ellenállás az az ellenállás, amit egy elektromos huzal fejt ki akkor, ha elektromos áram halad át rajta. Jelölése: ρ, mértékegysége: Ω m, vagy Ω mm2 / m. A fajlagos ellenállás szempontjából az anyagokat három csoportba sorolhatjuk: - vezető anyagok - félvezető anyagok - szigetelő anyagok. A fajlagos ellenállás inverze az elektromos vezetőképesség. Jelölése: γ itt valami nem stimmel. γ=1/ρ Egy anyag ellenállása egyenesen arányos a fajlagos ellenállásával és a huzal hosszával, és fordítottan arányos a huzal keresztmetszetével. R=ρl/S Innen: ρ = R S / l. 2.1.1. Vezető anyagok Legalacsonyabb a fajlagos ellenállásuk, amelyik 10-2... 10 Ω mm2 / m között váltakozik. A legjobb elektromos vezetők a fémek és ötvözeteik, az értékelektronjaiknak köszönhetően. Az l hosszúságú huzalban jelentkező E elektromos tér értéke: E = U / l , mértékegysége: [V / m]. Az elektromos tér irányítása a nagyobb potenciálú huzalvégtől a kisebb potenciálú huzalvég fele mutat. A következő jelöléseket használva: - S: a huzal átmérőjének keresztmetszete - ne: a vezető elektronok száma egy köbméter vezetőben. - qe: az elektron elektromos töltése, qe = 1,602. 10-19 C. A következő képletet kapjuk: 23

I = qe. ne . S . ve.ahol: ve = l 1 / t azonban: ve = v1 .E ahol v1 az elektronok mozgási sebessége. A fentiek figyelembe vételével kapjuk: I = qe. ne . S. v1 .E = qe. ne . S. v1. U / l = U / R. Átrendezve a kifejezést, kapjuk: R = (1 / qe. ne . v1) . (l / S). Tehát a fajlagos ellenállás értéke: ρ = 1 / (qe. ne .v1) És figyelembe véve, hogy: γ = 1 / ρ, kapjuk: γ = qe. ne .v1 Az elektronok mozgásuk közben ütköznek a fém atomjaival, ezáltal energiát adnak le, ami hővé alakul. Azért, hogy jellemezhessék a fajlagos ellenállás növekedését a hőmérséklettel, bevezették a fajlagos ellenállás hő együtthatóját, amit α-val jelölnek. α = (ρ2 – ρ1) / ρ1 ( θ2 – θ1) A képletben: -ρ2 – ρ1 a fajlagos ellenállás növekedés a θ2–θ1 hőmérsékleti intervallumra - (ρ2 – ρ1) ρ1: a fajlagos ellenállás egység növekedése a θ2–θ 1 hőmérsékleti intervallumra - ρ2 – ρ1) / ρ1 ( θ2 – θ1): a fajlagos ellenállás növekedése, ha a hőmérséklet egy egységgel növekedik. 2.1.2. Félvezető anyagok A fajlagos ellenállásuk, 10.. 102 Ω mm2 / m között váltakozik. Normál körülmények között nincsenek szabad elektronjaik, ehelyett négy értékelektronnal rendelkezne. Ezek az értékelektronok külső energia hatására szabad elektronná válhatnak. A külső energia lehet hő, fény vagy. mechanikai energia. Félvezető anyagok esetében a fajlagos ellenállás csökken a hőmérséklet növekedésével. Ezeknél az anyagoknál az α együtthatónak negatív értékei vannak. 2.1.3. Elektromos szigetelő anyagok Fajlagos ellenállásuk, amelyik 1012... 1023 Ω mm2 / m között váltakozik. Az értékelektronok orbitálról való kiszakításához, tehát szabad elektronokká való tételéhez szükséges külső energia hatalmas értékeket vesz fel. A fent tárgyalt három anyagtípus közötti különbséget az 2.1 ábra segítségével szemlélteti.

24

duplán satírozva: az értékelektronok energetikai szintje, szimplán satírozva: a szabadelektronok energetikai szintje, nincsen satírozva: tiltott energetikai szintek a). elektromos vezető anyagok, b). félvezető anyagok, c). szigetelő anyagok. 2.1 ábra: Elektrotechnikai anyagok 2.2. Vezető anyagok A fémek és ötvözeteik I. rendű vezetők, vezetésük elektron jellegű, fajlagos ellenállásuk nő a hőmérséklet növekedésével nem szenvednek vegyi átalakulásokat, ha elektromos áram halad át rajtuk. Az oldatok II. rendű vezetők, vezetésük ion jellegű. Csökken a fajlagos ellenállásuk a hőmérséklet növekedésével, és vegyi átalakulásokat szenvednek, ha elektromos áram halad át rajtuk. A fémeknek egy sor közös, sajátságos tulajdonsága van, amely megkülönbözteti őket a többi, nemfémes elemtől. Ötvözeteke úgy nyerünk, hogy összeolvasztunk két vagy több fémet, illetve fémet és nemfémet, azonban ebben az esetben a fém összetétele meg kell haladja az 50 % -ot. 2.2.1. Fémek Az alábbi táblázat ismerteti az elektrotechnikában használatos fémek fontosabb jellemzőit:

Elektromos Fajlagos vezetőképesség ellenállás m / Ωxmm2 Ωxmm2/ m 1. Réz 1083 8,9 58 0,017 2. Alumínium 658 2,7 37 0,027 3. Ezüst 961 10,5 62,5 0,016 4. Arany 1063 19,32 45,4 0,022 5. Platina 1770 21,45 10,2 0,098 6. Nikkel 1455 8,9 14,70 0,068 7. Wolfram 3380 19,25 18,18 0,055 8. Molibdén 2630 10,2 19,23 0,052 9. Tantál 2990 16,6 8,00 0,125 10. Nióbium 2470 8,56 4,13 0,242 11. Ón 232 7,30 8,33 0,12 12. Ólom 327 11,3 4,76 0,21 13. Cink 429 7,13 16,6 0,06 1.1. táblázat: Az elektrotechnikában használatos fontosabb fémek és jellemzőik Sor szám

Fém

Olvadáspont o C

Sűrűség kg/dm3

2.3. Félvezető anyagok A félvezető anyagok a vezető, illetve a szigetelő anyagok között foglalnak helyet. A vezető és értékelektronok sávja között létezik egy energetikailag tiltott zóna. Ezeknél az anyagoknál a fajlagos ellenállás csökken a hőmérséklet növekedésével, a fajlagos ellenállás növekedésének együtthatója minden esetben negatív értékeket vesz fel. Attól függően, hogy miként jelenik meg a vezetés, léteznek: - intrinszek vezetésű félvezető anyagok - extrinszek vezetésű félvezető anyagok 2.3.1. Intrinszek vezetésű félvezető anyagok Csak a vegytiszta félvezető anyagok esetében jelentkezik. Annak köszönhető, hogy a hőmérséklet növekedésével az elektron energiája nő. 25

Ha egy elektron elhagyja a helyét, egy lyuk marad hátra. A lyukak úgy viselkednek, mintha pozitívan töltött részecskék lennének. A szabad és értékelektronok az elektromos tér irányításával megegyező irányban mozognak, a lyukak ezzel fordítottan. Ezt a mozgást egy vegytiszta germánium kristályon tanulmányozzuk (2.2 ábra)

a). a kristály nem vezeti az elektromos áramot, b). a kristály vezeti az elektromos áramot. 2.2. Intrinszek vezetés 2.3.2. Extrinszek vezetésű félvezető anyagok A vezetés akkor jelenik meg, ha a félvezető anyagot más vegyi elemmel szennyezik. A szennyező anyagtól függően beszélünk n típusú, és p típusú félvezető anyagokról. 2.3.2.1. n típusú félvezető anyagok A szennyeződést öt vegyértékű elemekkel végzik. A használt elemek: foszfor, bizmut és stíbium. A szennyezés koncentrációja: 10-7. Az ötvegyértékű szennyeződésnek donor szennyeződés a neve. A vezető, vagy szabadelektron forrás ez esetben az ötvegyértékű szennyező elem. A szabad elektronoknak köszönhető elektromos vezetést n típusú vezetésnek nevezik. 2.3.2.2. p típusú elektromos vezetés A szennyezést háromvegyértékű atomokkal végzik: alumíniummal, bórral, irídiummal és galliummal. A háromvegyértékű szennyeződéseket akceptor szennyeződésnek neveznek. 2.3.2.3. Töltéshordozók újraegyesülése A félvezető anyagokban egyidőben két folyamat játszódik le. Egyik a töltéshordozók keletkezése, a másik az eltűnése. Az újraegyesülés során, a szabadelektron értékelektronná válik, a lyuk pedig eltűnik. Azt az időt, ami eltelik a töltéshordozó keletkezése és eltűnése között, a töltéshordozó élettartalmának nevezik. 2.3.2.4 pn átmenet A félvezető kristálynak azt az övezetét, ahol egy akceptor és egy donor övezet találkozik, pn átmenetnek nevezik (2.3 ábra). Az átmenet két oldalán ellentétes töltésű réteg helyezkedik el. Ez az övezet átmeneti övezet. Itten egy elektromos tér keletkezik, amelynek irányítása az n övezettől a p övezet felé mutat. Ez az tény meggátolja a töltéshordozók további szállítását, tehát egy egyensúlyi állapot jön létre.

26

2.3 ábra: pn átmenet Egyenesen polarizált pn átmenet Egy külső energiaforrás segítségével végzik a polarizálást, úgy, hogy az energiaforrás pozitív sarkát az átmenet p övezetére, a negatív sarkát pedig az átmenet n övezetére kapcsolják. A keletkezett Ekeletkezett elektromos tér irányítása fordított az Ec érintkezési elektromos tér irányításával Az egyenesen polarizált pn átmenetben egy direkt áram keletkezik, amelynek irányítása egyezményesen a p övezettől az n övezet fele mutat.

2.4 ábra: Egyenesen polarizált pn átmenet 2.3.2.6. Fordítottan polarizált pn átmenet Ebben az esetben a külső energiaforrás negatív sarkát a p övezetre, a pozitív sarkát az n övezetre kötjük (2.5 ábra). Ebben az esetben egy nagyon kis áram keletkezik, amelynek egyezményes iránya az n övezettől a p övezet fele mutat.

27

2.5 ábra: Fordítottan polarizált pn átmenet A félvezető készülékek működési elve a pn átmenetben lejátszódó fizikai jelenségeken alapszik. A diódának egy pn átmenete, a tranzisztornak 2, és más készüléknek három, vagy ennél több pn átmenete van. 2.3.3. Félvezető vegyi elemek A következő táblázat a fontosabb négy vegyértékű elemeket, és azok tulajdonságait ismerteti. Rendszám (z) 32

Sűrűség (kg /dm3) 5,33

Olvadáspont (oC) 970

Szilícium

12

2,33

1400

Szelén

34

4,46

170

Elem Germánium

Jellemzők Kékesfehér stabil elem. Szürkés-kék, fémes csillogású elem. Ismert kristályos és amorf szerkezete is.

2.2. táblázat. Félvezető vegyi elemek 2.3.3.4. Félvezető anyagok A fenti vegyi elemek mellett az elektrotechnikában még használatosak a következő anyagok is: cink szulfát, kadmium szulfát, réz oxid, szilícium karbid, és különböző oxidok keveréke. Ezeket az anyagokat a varisztorok és termisztorok gyártására használják. 2.4. Elektromos szigetelő anyagok Dielektrikumoknak is nevezik őket. Fajlagos ellenállásuk 1212...1023 Ω / mm2. A legszámosabb elektrotechnikai anyag. Hamarabb elveszítik a tulajdonságaikat (öregednek), mint a többi elektrotechnikai anyag. 2.4.1. A szigetelőanyag elektromos tulajdonságai A szigetelőanyagok elektromos tulajdonságait a vezetés és polarizáció jelensége határozza meg. Ezek a tulajdonságok a következők: - térfogati és felületi fajlagos ellenállás - szigetelési állandó - szigetelési merevség - a veszteségi szög tangense. 2.4.2. A szigetelő anyagok fizikai és vegyi tulajdonságai a). Higroszkopicítás

28

A higroszkopicítás a szigetelő anyagok azon tulajdonsága, hogy képesek magukba szívni a környezetükből a nedvességet. b). Sűrűség A sűrűség az egységnyi térfogat tömege. Mértékegysége kg / dm3. c). Pórusosság A pórusosság (p) meghatározás szerint a pórusok (Vp), és a szigetelő össztérfogatának (Vt) az aránya (%) p = Vp / Vt . 100 Szigetelő anyagok esetében ez az érték elérheti az 50 %-ot. d). Hővezető képesség A hővezető képesség a szigetelők azon tulajdonsága, hogy vezetik a hőt. Kevésbé jó hővezetők, mint a fémek. e). Hőstabilitás A szigetelő anyagok azon tulajdonsága, hogy hosszabb ideig képesek elviselni a magas hőmérsékletet. f). Stabilitás alacsony hőfokon Ugyanaz a tulajdonság, csak ebben az esetben a hőmérséklet -60...-70 oC nagyságrendű. g). Oldékonyság A szigetelők azon tulajdonságai, hogy feloldódnak bizonyos vegyi anyagokban. h). Vegyi stabilitás Az a tulajdonsága a szigetelő anyagoknak, hogy ellenállnak bizonyos vegyi anyagok (víz, savak, sók, bázisok, oxidok, stb.) hatásának. 2.4.3. Mechanikai tulajdonságok A szigetelők fontosabb mechanikai tulajdonságai közül megemlíthetők: - szakítási szilárdság - hajlítási szilárdság - anyagkifáradás - keménység - ütőszilárdság, stb. 2.4.5. Gáznemű szigetelő anyagok a). A levegő A levegő nem mérgező gáz. Korrodáló hatást fekt ki egyes fémekre és az olajokra. Szigetelői merevsége: 32 kV / cm. b). Nitrogén Megközelítőleg ugyanazon tulajdonságai vannak, mint a levegőnek, de nem korrodálja az olajokat. Az égők feltöltésére használják, mint semleges gáz. A kondenzátorokban szigetelőanyagként használatos. c). Hidrogén A hidrogén a legkönnyebb gáz. A hűtőkapacitása másfélszerese a levegőének, míg a szigetelői merevsége mindössze 0,6...0,7 szerese annak. A levegő-hidrogén elegy bizonyos feltételek mellett robbanékony. d). Elektronegatív gázok Az elektronegatív gázok elnyelik a velük kapcsolatba lépő szabad elektronokat A leghasználtabb elektronegatív gázok a következők: - kénhexafluorid SF4 - perfluorkarbonil - frigen 12 - freon 12 - genetron 12 29

2.4.6. Cseppfolyós szigetelő anyagok A kihasználás ideje alatt cseppfolyós állapotban találhatóak. Nehezebbek, és drágábbak, mint a szigetelő gázok. Gyúlékonyak, és idővel korrodálódnak. Cseppfolyós szigetelőanyagként a következő folyadékok használatosak: - ásványi olajok - szintetikus olajok - aromás szénhidrogének. a). Ásványi olajok A kőolaj frakcionált desztillációjával állítják elő őket. A felhasználásuk szerint a következő csoportokba sorolhatók: - transzformátorolajok - huzalolajok - kondenzátorolajok b). Növényi eredetű (vegetális) olajok Szikkatív olajoknak is nevezik őket. A szigetelő lakkok gyártására használatosak. Az ásványi , és a növényi eredetű olajok is természetes olajok. c). Klórozott szintetikus olajok. Kereskedelmi elnevezésük: askareli, clophen, sovol és sovtol. A következő előnyökkel rendelkeznek: - nem gyúlékonyak - az elektromos ív hatására nem oxidálódnak - szétbomolnak, de szétbomlásukkor sem keletkezik robbanó gázelegy. A hátrányaik közül felsoroljuk: - alacsony a hővezetési képességük - erős korrodáló hatás A szintetikus olajok permitivitása 4,4...6 között váltakozik. A klórozott és fluorozott szintetikus olajok mellett még használatosak a szilikon tartalmú szintetikus olajok is. Ezek az olajok 200 oC hőmérsékletig használhatók. Az összes szintetikus olaj drágább, mint az ásványi olajok. 2.4.7. Szerves, szilárd szigetelő anyagok 2.4.7.1. Gyanták A gyanták természetes, vagy szintetikus makromolekukáris anyagok. Lehetnek termorigidek, és termoplasztok. A termoplaszt gyanták a magas hőmérsékleten meglágyulnak, de az újraolvasztás után ismét használhatókká válnak. A termorigid gyanták nem lágyulnak meg magas hőmérsékleten sem, de karbonizálódnak (elégnek). 2.4.7.1.1. Természetes gyanták A fenyőfélék és különböző élőlények élettani (fiziológiai) termékei. a). Selakk A selakk Indiában és Birmániában élő élőlények élettani terméke. A selakk jellemzői a következők: - olvadáspont: 70...80 oC - lágyulási hőfok: 50...60 oC - térfogati fajlagos ellenállás: 1015...1016 Ω. cm. - szigetelői merevség: 10...15 kV / mm. Termorigid gyanta. Oldódik alkoholban és ecetsavban. A ragasztólakkokban, és a műanyagokban kötőanyagként használatos. 30

b). Kolofónium (fenyőgyanta) A kolofóniumot a fenyőgyantából (szurokból) állítják elő. Jellemzői: - olvadáspont: 120...155 oC - lágyulási hőfok: 50...70 oC - térfogati fajlagos ellenállás: 1015...1016 Ω. cm. - szigetelői merevség: 10...15 kV / mm. A kolofónium oldódik alkoholban, szénhidrogénekben, ecetsavban, stb. Ásványi olajokban feloldva nyerik az úgynevezett sárga masszát amellyel a papírt átitatják. Az átitatott papírt szigetelőanyagként használják az elektrotechnikában. 150 oC-on oldódik a rézoxidban. A keletkezett masszát fluxusként használják a réz forrasztásához. c). Kopál A kopálok fosszilis gyanták A kihlimbár egy kopál változat. Jellemzői: - olvadáspont: 250...330 oC - lágyulási hőfok: 95...200 oC - térfogati fajlagos ellenállás: 1017...1019 Ω. cm. A kopálok nagyon higroszkopikus anyagok. Egyes lakkok gyártására használatosak. 2.4.7.1.2. Szintetikus gyanták A makromolekulákat egyszerű molekulákból állítják elő a nyomás és hőmérséklet hatására. Az előállítási reakciók a polimerizáció, poliaadició és polikondencáció. 2.4.7.1.2.1. Polimerizációs szintetikus gyanták a). Polisztirol A polisztirol termoplaszt, áttetsző, nempoláros gyanta. Nagyon jók az elektromos tulajdonságai, nem higroszkopikus, alacsony a lágyulási hőfoka és az ütőszilárdsága. Gyúlékony gyanta. A polisztirol jellemzői: - sűrűsége: 1,05 kg / dm3. - térfogati fajlagos ellenállás: 1014...1017 Ω. cm. - relatív permitivitása: εr = 2,2...2,4 - a veszteségi szög tangense: tgδ = 2. 10-3 ... 4. 10-3. Főleg magasfeszültség esetén használatos, különböző alkatrészek, lemezek, csövek, fóliák, szálak, stb. formájában. A 10...150 µm vastagságú fóliákból szigetelő készül a kondenzátorokba, illetve huzalburkolásra is használatos. A polisztirol gyártásához a sztirol használatos. b). Polietilén A polietilén az etilénből nyerik. 1000...2000 atmoszféra nyomáson és 200...300 oC-on nyerik polimerizációval a nagy nyomású, alacsony sűrűségű polietilént. Alacsonyabb nyomáson, és 20...70 oC-on keletkezik az alacsony nyomású, nagy sűrűségű polietilént. A polietilén nem poláros, nem higroszkopikus, és nagyon jó elektromos tulajdonságokkal rendelkezik. A polietilén tulajdonságai: - sűrűsége: 0,92...0,96 kg / dm3. - térfogati fajlagos ellenállás: 1015...1019Ω. cm. - relatív permitivitása: εr = 2,3 - a veszteségi szög tangense: tgδ = 2. 10-3 ... 6. 10-4. 31

A polietilén felhasználási területei: - tenger alatti huzalok szigetelése - telefon huzalok szigetelése - dielektrikum a kondenzátorokban. c). Polivinilklorid. A vinilkloridból állítják elő polimerizációval. Nem használatos tiszta gyantaként, hanem, mint műanyag. Azt a polivinilkloridot, amelyik képlékenyítő anyagokat tartalmaz, lágy PVC-nek nevezik, amelyik pedig nem tartalmaz, az a kemény PVC nevet viseli. Poláros anyag. Gyengébbek az elektromos tulajdonságai, mint a polietilénnek és polisztirénnek. Jól bírja az ózon és az ásványi anyagok hatását. A jellemzői a következők: - sűrűsége: 1,38 kg / dm3. - térfogati fajlagos ellenállás: 1011...1017Ω. cm. - relatív permitivitása: εr = 3...7 - a veszteségi szög tangense: tgδ =11. 10-2 ... 3. 10-1. Ipari frekvenciákon a leggyakrabban használt szigetelőanyag. Magas frekvenciákon nem használatos. d). Politetrafluoretilén A fluoretilénből nyerik. Nagy a stabilitása 200...300 oC és -65 oC-on. Jó a vegyi stabilitása, nem poláros anyag. Jellemzői: - térfogati fajlagos ellenállás: 1016...1013Ω. cm. - a veszteségi szög tangense: tgδ =2. 10-4 ... 35 10-4. - relatív permitivitása: εr = 2 Bármely frekvencián használatos, ott ahol magas vegyi és hőstabilitás szükséges. Magas az ára, és nehezen megmunkálható anyag. 2.4.7.1.2.2. Polikondenzációs szintetikus gyanták a). Fenoplasztok (bakelitikus gyanták) A formaldehid fenollal történő polikondenzációjával állítják elő. Műanyagként használva, rövid ideig kibírja a 200 oC-t is. A bakelit jellemzői: - sűrűsége: 1,3 kg / dm3. - térfogati fajlagos ellenállás: 1011...1012Ω. cm. - relatív permitivitása: εr = 5...6,5 - a veszteségi szög tangense: tgδ = 6. 10-2 ... 10-1. A fenoplasztokat széles körben használják az elektrotechnikában szigetelő lakkok és különböző alkatrészek formájában. b). Aminoplasztok Az aminoplasztok karbamidikus és melaminikus gyanták. Hasonló tulajdonságúak, mint a fenoplasztok, de áttetszők, és lehet színezni őket. c). Poliamidok A poliamidok naylon, perlon és kapron típusú gyanták. Különböző alkatrészek, fóliák és szálak készülnek belőlük. Nagyon jók az elektromos tulajdonságaik. d). Poliészterek A poliészterek termoplaszt gyanták. Vékony, áttetsző fóliává és szállá munkálhatók. A mázlakkok és a poliamidok gyártására használják 2.4.7.1.2.3. Poliaddiciós szintetikus gyanták a). Epoxidikus gyanták 32

Ezek a gyanták termorigidek, és nagyon jók az elektromos és mechanikai tulajdonságaik. Töltelék anyagként használják az elektrotechnikai alkatrészekben. b). Poliuretánikus gyanták Poláros gyanták. Hasonló mechanikai és elektrotechnikai tulajdonságaik vannak, mint a poliamidoknak. Szálak, fóliák és alkatrészek, illetve szigetelő lakkok készülnek belőle. 2.4.7.2. Préselt műanyagok A műanyag nevet viselik, és az alapjuk szintetikus gyanta. Jobbak a mechanikai és elektrotechnikai tulajdonságúk, mint a gyantáknak. A préselt műanyag összetétele: kötőanyag (tiszta gyanta), és töltelékanyag, ami lehet szerves (fűrészpor), illetve szervetlen (kvarc). A használt kötőanyag függvényében lét ezik termoplaszt és termorigid préselt műanyag is. 2.4.7.3. Rétegelt műanyagok A rétegelés úgy jön létre, hogy különböző anyagrétegeket egymásra helyeznek, és gyantával rögzítik őket. - a papír alapú rétegelt anyagokat alacsony és magas frekvencia esetében alkalmazzák. - a gyapot alapú rétegelt anyagnak nagyon jók a mechanikai tulajdonságai, azonban az elektromos tulajdonságai gyengék. Főleg mechanikai szempontból igénybevett alkatrészek esetében alkalmazzák (fogaskerekek, csapágyak, perselyek, stb.) - az üvegszál alapú rétegelt anyagokat epoxidikus, vagy szilikonikus gyantával itatják át. Nem higroszkopikusak, nagy a hőstabilitásuk, nagyon jók a mechanikus és hőtani tulajdonságaik. - furnír alapú rétegelt anyagok. A gyenge tulajdonságaik miatt kevésbé használatosak az elektrotechnikában. 2.4.7.4. Cellulóz alapú anyagok A cellulóz makromolekuláris természetes anyag, és fenyőfélékből, gyapotból, kenderből, stb. állítják elő. Nagyon pórusos, tehát emiatt nagyon higroszkopikus anyag. E tulajdonsága miatt, az elektrotechnikában használatos összes, cellulóz alapú anyagot átitatják. A cellulózt az elektrotechnikában papír, karton és szövetgyártásra használják. a). Papírok A leggyakrabban használatos papírok a következők: - papírok elektromos huzalok burkolására - kondenzátorpapírok, transzformátorlemez papírok, telefon huzal papírok, Az elektromos huzal papírok vastagsága 0,08...0,12 mm, és nagyon alacsony a sűrűsége. Nagy az ellenállása a sodrásra. A kondenzátorpapír nagyon vékony (0,06...0,34 mm. Nagy a relatív permitivitása. (4...5). Ricinus, parafin vagy kondenzátor olajjal itatják át. Az átitatási papírból készül a papír alapú rétegelt anyag. Vastagsága 0,12 mm. A transzformátor lemez papír a transzformátor lemezkék egymástól való elszigetelésére szolgál. A telefon huzal papír a huzal szigetelésére szolgál, és 0,03 mm vastag. b). Elektrotechnikai karton, vagy prespán. Több, nedves állapotban összepréselt papír rétegből áll, az így kapott vastagság 0,25...7 mm között váltakozik. Az elektrotechnikai gépek, transzformátorok és kondenzátorok felépítésében vesz részt. c). Fa Emelők, tartók, ékek, és egyéb alkatrészek gyártására használatos. Miután elkészült az alkatrész a fából, transzformátorolajjal, parafin olajjal vagy bakelitikus lakkokkal itatják át, így a szigetelői merevségük 20 kV / cm-ről 70 kV / cm-re növelhető. 33

2.4.7.5. Természetes szálakból készült szövetek - a gyapot, vagy selyemszálak minél vékonyabbak és ellenállóbbak kell, hogy legyenek. - a szövet tulajdonsága annak a szálnak a tulajdonságától függ, amelyikből szőtték. A műszálak mechanikai szempontból jobbak, mint a természetes szálak, és teljesen nem higroszkopikusak. 2.4.7.6. Szigetelő lakkok. A használatuk ideje alatt cseppfolyós halmazállapotúak, utána megszilárdulnak. Egy lakk szigetelő összetevői a következők: - a lakk alapja (természetes, vagy mesterséges gyanta, ásványolajszurok, szikkatív olajok, stb.) - oldószer (alkohol, benzen, toluen, stb.) - segédanyagok (pigmensek, katalizátorok, stb.) A felhasználási területtől függően, a lakkok lehetnek: - átitató lakkok - borító lakkok - ragasztólakkok - mázak. 2.4.7.7. Szigetelő masszák A szigetelő masszák gyanták, viaszok, ásványolajszurkok és olajok keveréke. Nem tartalmaznak oldószereket. Használat előtt felmelegítik és meglágyulnak, szilárdulásúk után keletkezik a szigetelő massza. Az átitatási masszák termoplasztok, nagyon jók az elektromos tulajdonságaik, jók a hővezetési tulajdonságaik, és nem higroszkopikusak. A leggyakrabban használ massza a kolofónium és ásványi olaj alapú massza. 2.4.7.8. Ásványolajszurok Szénhidrogén keverékek, amelyek kis mennyiségben ként, és oxigént is tartalmaznak. A természetes ásványolajszurkokat aszfaltnak nevezik. A szintetikus ásványolajszurkokat a kőolajtermékek desztillációja során nyerik. Átitató lakkok gyártására, és töltelékanyagként használatosak. A ásványolajszurkok jellemzői: - sűrűsége: 1...1,1kg / dm3. - relatív permitivitása: εr = 2,4...3,3 - a veszteségi szög tangense: tgδ = 8. 10-8 ... 2. 10-2. - lágyulási hőmérséklete: 55...140 oC - olvadáspont: 170...200 oC. 2.4.8. Szilárd, szervetlen szigetelő anyagok A használt anyagok a következők: üveg, csillám, kerámia, azbeszt, márvány, pala stb. A szerves szilárd szigetelő anyagokkal szemben a következő előnyeik vannak: - magas hőstabilitás - nem karbonizálódnak - nem erodálódnak. - nem oxidálódnak - jó a vegyi stabilitásuk. A hátrányaik közül megemlítjük: - gyengébb elektromos tulajdonságok - törékenyek - nem állíthatók elő kis vastagságban. - nehézkés a megmunkálásuk - drágák, 2.4.8.1. Üveg 34

A kvarc és különböző oxidok összeolvasztásával, és hirtelen lehűtésével nyerik. Az üveg termoplaszt anyag, áttetsző, törékeny, nem higroszkopikus, nem támadják meg a savak és bázisok, a fluorsav kivételével. Jellemzőik: - sűrűsége: 2...8,1kg / dm3. - relatív permitivitása: εr = 3,7...16,5 - a veszteségi szög tangense: tgδ = 8. 10-8 ... 2. 10-2. - olvadáspont: 400...1600 oC. A felhasználás szerint az üvegek a következő képen csoportosíthatók: - kondenzátor üveg - szigetelő üveg - izzó üveg - üvegmáz - üvegpapír - üvegszálak a távközlés számára. 2.4.8.2. A csillám A csillám természetes szigetelőanyag. Két változata használatos: a muszkovit és a flogopit. A csillám tartalmú ásványokat, Dél Amerikában, Indiában, Koreában, Mexikóban, stb. bányásszák. Hazánkban a Lotrui havasokban és Răzoare-n található kisebb mennyiségben. A muszkovit színtelen, vagy rózsaszín és zöldes árnyalatban fordul elő. A következők a jellemzői: - sűrűség: 2,3 ...3,2 kg / dm3 - relatív permitivítás: εr = 6...7 - szigetelői merevség: 2000...2500 kV / cm - maximális hőfok: 500 oC. - veszteségi szög tangense: tg δ = 3 . 10-4. A muszkovitot a kondenzátorokban dielektikumként, és magas frekvencia esetében szigetelőként használják. A flogopit barnás, majdnem fekete színű, de ismertek sárga és zöld változatai is. A jellemzői a következők: - sűrűség: 2,6 ...2,8 kg / dm3 - relatív permitivítás: εr = 5...6 - maximális hőfok: 800 oC. - veszteségi szög tangense: tg δ = 15 . 10-4. Semleges vegyi szempontból. Olvadási hőmérsékletük: 1200...1300 oC. Magasfeszültségű gépekben és berendezésekben, használatos. 2.4.8.3. Csillám alapú termékek Ezek a termékek a következők: a). Csillám termék Csillám szemcsékből épül fel, amit egy kötőanyag segítségével (szigetelő lakk) sajtolnak egybe. A következő változatai ismertek: - formázási csillám termék - hajlítható csillám termék - kollektor csillám termék - tömítési csillám termék b). Csillámfólia Az alapja papír, a kötőanyag pedig selakk. A vastagság amelyben gyártják: 0,10; 0,15 és 0,20 mm. c). Csillámszalag A csillámszalag alapja lehet papír és természetes selyem, vagy üvegszövet. A vastagsága: 0,13 mm 35

d). Csillámüveg Könnyen olvadó üvegpor és csillámpor összeolvasztásával állítják elő. e). Csillámpapír A cellulóz előállításával azonos technológiával nyerik hulladék csillámból. f). Hőálló csillámpapír Az alapja csillámpapír, amelyet szilikonikus gyantával kötnek össze. g) Műcsillám Alumínium, fluor, kálim és szilícium oxidok, és földpátok keveréke. Hasonló tulajdonságai vannak, mint a természetes csillámnak, és egyes esetekben sikerekkel helyettesíthetik azt. A hőkitágulási együtthatója megközelíti a gyakrabban használt fémekét. 2.4.8.4. Azbeszt Az azbeszt természetes anyag. Az azbeszt ásványok a szerpentin nevet viselik, és Oroszországban, az Amerikai Egyesült Államokban és Törökországban bányásszák. Az azbeszt erősen higroszkopikus anyag, nagyok a szigetelői veszteségei, ezért csak átitatott állapotban használható. Hőszigetelőként használatos. Maximum 315 oC-ig alkalmazható. Az elektrotechnikában használatos termékek: - azbeszt szövet - azbeszt szalagok - azbesztcement - azbesztpapír 2.4.8.5. Elektrotechnikai kerámia Oxidok és szilikátok vegyülete. A kerámiatermékeket glazúrozzák, azaz bevonják egy vékony, üvegszerű réteggel. Az elektrotechnikában használatos - elektrotechnikai porcelán - szteatit - ultraporcelán - alumínium oxidos kerámia - titán összetevős kerámia 2.4.8.6. Trópusi körülményeknek ellenálló szigetelő anyagok Azon termékek esetében alkalmazzák, amelyeket trópusi, vagy szubtrópusi országokba exportálnak. Az erre a célra használatos anyagok közül megemlíthetők: - gliptál, fenol és szilikon gyanta alapú szigetelő lakkok - acetilált papír - műanyagok - polivinilklorid - polietilén - csillám alapú termékek - üvegtermékek - glazúrozott kerámia

36

3. Fejezet Gépészmérnöki alapismeretek 3.1. Alapfogalmak 3.1.1.Mennyiségek, mértékegységek Egy mennyiséget úgy kapunk meg, hogy a mértékszámot megszorozzuk a mértékegységgel, azaz: Mennyiség = Mértékszám x Mértékegység Ha egy test súlya pld. 800 N, akkor esetünkben 800 a mértékszám, és Newton a mértékegység. A SI mértékegységrendszer hét alapmennyiségből és két kiegészítő mennyiségből áll. A SI mértékegységrendszer alap, illetve kiegészítő mennyiségei, mértékegységei és jelölései a következők:

Alapmennyiség Hosszúság Tömeg Idő Elektromos áramerősség Hőmérséklet Fényerősség Anyagmennyiség Kiegészítő mennyiségek Síkszög, szög Térszög

Mértékegység Méter Kilogramm Másodperc Amper Kelvin Kandela Mol

Radián Szteradián 3.1 táblázat: A SI mértékegységrendszer

Jele m kg s A K cd mol

rad sr

A származtatott mennyiségeket az alapmennyiségek szorzataiból, hányadosaiból és hatványaiból kapjuk. A származtatott mechanikai mértékegységek kifejezéséhez három alapmennyiség (méter, kilogramm és másodperc) és egy kiegészítő mennyiség (szög) szükséges. A származtatott mértékegységek az egyszerűség és a könnyebben áttekinthetőség kedvéért külön jelet kapnak. Az alábbiakban bemutatunk néhány ilyen esetet: Erő egysége Munka egysége Teljesítmény egysége Nyomás egysége

N (newton) kgm / s2 J (joule) Nm = Ws W (watt) J/s= Nm / s Pa (pascal) Pa=N/m2 3.2 táblázat: Származtatott mértékegységek

3.2. Gépelemek 3.2.1 A gépelemek csoportosítása Gépeknek nevezzük azokat a munkaeszközöket, amelyek segítségével megváltoztathatjuk az anyag illetve energia alakját vagy helyzetét. A fenti meghatározás szellemében a gépeket három nagy csoportba sorolhatjuk: a) . Energiát termelő, vagy szolgáltató gépek. Ebbe a csoportba soroljuk a különböző erőműveket, amelyek a víz, szén atom, stb. energiáját villamos energiává alakítják át. Ilyenek a vízierőművek, hőerőművek, szénerőművek, stb. b). Energiát hasznosító gépek. Ebbe a csoportba soroljuk a szerszámgépeket (esztergagép, marógép, kavarógépek, stb.), szivattyúk, munkagépek, stb. 37

c). Energiát átvevő és szétosztó gépek. Ezek a gépek az energiát átveszi az energiatermelő gépektől, és átadják a munkagépeknek. Ilyenek a közlőművek, villamos hálózatok, stb. A gépek több, egyszerű szerkezeti elemből épülnek fel. Ezeket a szerkezeti elemeket gépelemeknek nevezzük. A gépelemek fogalom igen széles területet foglal magába, léteznek különleges, csak egy-egy géptípuson használt elemek, ugyanakkor vannak olyanok is, amelyek nagyon sok gépen megtalálhatók, ilyenek a például a csavarok, tengelyek, csapágyak, stb. Tágabb értelemben a gépelemek közé sorolhatók az olyan szerkezetek is, amelyek a gépek működését irányítják (mechanizmusok) valamint a terelőmunkát segítőelemek (csővezetékek, csőszerelvények) Az előbbiek alapján, a gépelemek a következő képen csoportosíthatók: - kötőelemek - forgómozgás gépelemei - forgómozgást közvetítő gépelemek. - mozgást átalakító gépelemek - folyadékok és gázok szállítására szolgáló gépelemek - rugók 3.2.3. Kötőelemek, kötések Kötőelemeknek nevezzük azokat a gépelemeket, amelyek két vagy több alkatrész, gépegység, szerelvény, berendezés összeszerelésére vagy rögzítésére szolgálnak. Feladatuk kötés létesítése, tájolás, illesztés erő, vagy nyomaték átvitele lehet. A felhasználás során egy részük roncsolás nélkül szerelhető (oldható), ezeket oldható kötéseknek nevezzük, míg egy részük csak roncsolás árán szerelhetők, ezek a nem oldható kötések. Ebből a szempontból a gépelemek a következő képen osztályozhatók: a). csavarkötések - csavarok, csavaranyák, csavarbiztosítások - különleges csavarkötések b). Gyorskötések - csapkötések, csapszegek - szegek - rögzítő elemes kötések c) tengelykötések - alakzárok: retesz-, bordástengely-, poligonkötések - erőzárók: ék-, kúpos., szorítókötések - keresztirányú ékkötések A nem oldható kötéseknek két fő csoportja ismert 1. Anyaggal kötő kötések a). hegesztett kötések - ömlesztő hegesztés - ömlesztő és sajtoló hegesztés - sajtoló hegesztés b. Forrasztott kötés - lágyforrasztás - keményforrasztás c. Ragasztott kötés - természetes alapanyagú - állati eredetű - mesterséges - hőre lágyuló - hőre keményedő 38

2. Az alakkal kötő kötések fajtái: a. Zömítéssel kötők: - közvetlen kötő - közvetett kötés b. Hajlítással kötő: - forgástestnél - egyenes csatlakozásnál c. Szilárd illesztéssel kötő: - besajtolással - zsugorkötéssel 3.2.3. A forgó mozgás gépelemei A forgó mozgás gépelemei a forgó mozgás lehetőségét biztosítják, illetve a forgás közvetítésére szolgálnak. Az ilyen gépeknek általában két részük van: egy álló és egy forgó részük. A két rész közötti kapcsolatot a csapágynak és tengelynek nevezett gépelemek biztosítják. A tengelyek henger alakú testek, amelyek a forgó géprészek súlyát hordják, és egyben forgónyomatékot továbbítanak. Osztályozásuk több szempont szerint végezhető: a). Rendeltetésük szerint lehetnek: - álló tengelyek - mozgó tengelyek b). Igénybevételük szerint feloszthatók: - hajlításra igénybevett tengelyek - csavarásra igénybevett tengelyek - hajlításra és csavarásra igénybevett tengelyek - statikus igénybevételű tengelyek - változó igénybevételű tengelyek A különleges tengelyek lehetnek: - hajlékony-, poligon-, bordás-, kúpos tengelyek - fésűs-, gömb-, üreges csapok A csapágyak olyan gépelemek, amelyek lehetővé teszik a forgó mozgást, alátámasztva a tengelyeket. Az érintkező felület szerint megkülönböztetünk sikló- és gördülő csapágyakat. Siklócsapágyak esetében a felületek egymáson, vagy a köztük található olajrétegen csúsznak. A siklócsapágyak osztályozása a terhelőerő iránya szerint történik, a következő képen: a). Hordozható vagy radiális siklócsapágyak: - pajzscsapágyak - szemcsapágyak - osztott csapágyak - hidrosztatikus radiális csapágyak b). Támasztó, vagy axiális siklócsapágyak: - talpcsapágyak - fésűs csapágyak - hidrosztatikus axiális csapágyak A gépek forgó tengelyeinek csapsúrlódása csökkenthető, ha az álló és forgó részek között gördülőtestek (golyók, görgők) veszik át az erőket. Ezek a gépelemek a gördülőcsapágyak. A gördülőcsapágyak osztályozása a terhelőerő iránya, illetve a kivitelezési alakjuk szerint történik A terhelőerő iránya szerint lehetnek: - radiális csapágyak - axiális csapágyak 39

- radiax csapágyak Kiviteli formájuk szerint lehetnek: a). Gyűrűs csapágyak - golyóscsapágy: mélyhornyú-, önbeálló-, ferde hatásvonalú csapágy - görgőscsapágy: henger-, kúp-, tű-, hordógörgős csapágy b). Tárcsás csapágyak - egyirányú terhelések felvételére alkalmas golyós, - tengelyirányú kétoldalról terhelhető golyós, - tengelyirányú terhelés mellett sugárirányban is terhelhető görgőscsapágy 3.2.4. Forgómozgást közvetítő gépelemek Ezeknek a gépelemeknek a szerepük a forgatónyomaték átvitele a tengelyek között, fordulatszám módosítás és forgásirány változtatás. A fenti célkitűzés történhet tengelykapcsolók segítségével, forgó mozgást súrlódó-, vagy kényszerkapcsolattal átvivő elemekkel. A tengelykapcsolók állandó, vagy oldható kapcsolatot létesítenek két tengely között. A céljuk, illetve a szerkezeti megoldásuk szerint lehetnek: a). Merev tengelykapcsolók. - tokos (kúpos szeggel, illetve ékkel) - kúpos kapcsolóhüvely - héjas kapcsoló - tárcsás kapcsoló b). Mozgékony tengelykapcsolók - hődilatációs tengelykapcsolók - Oldham, közbetéttárcsás kapcsoló c). Rugalmas tengelykapcsolók - bőr-, vagy gumidugós tengelykapcsoló - Bibby, acélszalagos kapcsoló d). Hajlékony tengelykapcsolók: - kardánkapcsolók - Hardy-tárcsás kapcsoló - oldható tengelykapcsoló - körmös kapcsoló f). Súrlódó tengelykapcsoló - kúpos kapcsoló - lemezes kapcsoló g). Különleges tengelykapcsolók: - elektromágneses kapcsoló - hidraulikus kapcsoló Két tengely között a kapcsolat létrehozható súrlódó erő segítségével, vagy kényszerkapcsolattal. A forgómozgást súrlódó erő segítségével átvivő hajtások a következők: a). Dörzskerékhajtás b). Laposszíjhajtás c). Ékszíjhajtás d). Kötélhajtás A forgómozgást kényszerkapcsolattal átvivő hajtások: a). Fogaskerékhajtás: - hengeres, kúp, vagy globoid fogaskeréktesttel - elemi, kompenzált, általános fogazással 40

- egyenes, ferde, nyíl vagy ívelt fogazattal b). Csigahajtás: - egy bekezdésű - több bekezdésű c). Lánchajtás - nyomatékot átvivők - teheremelési feladatot ellátók 3.2.5. Mozgást átalakító szerkezetek Az ilyen szerkezetek a különböző mozgó alkatrészek között a mozgás jellegét változtatják meg. A mozgások összekapcsolására, átadására és átalakítására alkalmas szerkezeteket mechanizmusoknak nevezzük. A mechanizmusokat a következő képen csoportosíthatjuk: a). Karos mechanizmusok: - körhagyós mechanizmusok - bütykös mechanizmusok - himbás mechanizmusok - forgattyús mechanizmusok b). Bütykös mechanizmusok c). Fogas mechanizmusok d). Csavaros mechanizmusok A szakaszos mozgatók a hajtótag folyamatos mozgását időnként megszakítva továbbítják. A következő szakaszos mozgatók ismertek: a). Kilincses szakaszos mozgatók - szakaszos forgatók - szakaszos mozgatók. b). Kerekes szakaszos mozgatók - fogazott szakaszos mozgatók - csillagkerekes szakaszos mozgatók - súrlódókerekes szakaszos mozgatók c). Villás szakaszos mozgatók A fékek a gépeket rögzítő, sebességüket szabályozó vagy lassító berendezések. A fékezés módja szerint beszélhetünk villamos és mechanikus fékezésről. Tantárgyunk tárgyát csak a mechanikai fékezés képezi. , amely úgy jön létre, hogy a mozgó részek mozgási energiája súrlódás utján hőenergiává alakul. A mechanikus fékek a következő képen oszthatók fel: a) Pofás fékek, amelyek lehetnek: - egy-, és kétpofás fékek - külső és belső pofás fékek b. Szalagfékek: - egyszerű fékek - különbség fékek - összegfékek c. Kúpos és tárcsás dörzsfékek - kúpos fékek - tárcsás fékek - lamellás fékek 3.2.6. Folyadékok és gázok szállítására használatos gépelemek A csővezetékek cseppfolyós, gáz, gőz és szilárd halmazállapotú anyagok szállítására használatos gépelemek. 41

A csővezetékek azonos feladatait ellátó elemeit a következő képen csoportosíthatjuk: a). Csövek - fémes anyagú csövek: acélcsövek, öntöttvas csövek, réz csövek, alumínium csövek és ólomcsövek - nemfémes anyagú csövek: műanyag csövek, gumicsövek, eternit csövek, beton csövek és üvegcsövek. b). Csőkötések: - acélcsövek kötés: karimával, menettel, hegesztéssel - öntöttvas csövek kötése: tokkal, karimával c). Kiegyenlítők: - csőlírák - tömszelencés kiegyenlítők - lencsés és hullámos kiegyenlítők. d). Csőmegfogások - fix csőmegfogások - mozgást lehetővé tevő alátámasztások - felfüggesztések e). Csőszerelvények, amelyek lehetnek: - záróelemek: csap, tolózár, szelep - üzemvitelt biztosító szerelvények: víztelenítők, biztonsági szelepek, gyorszárók, stb. - üzemvitelt szabályozó szerelvények: nyomáscsökkentők, hőmérsékletszabályozók, szintszabályozók, stb. 3.2.7. Rugók A rugók szerepe energiatárolás, hirtelen lökésekből származó impulzusok felvétele, rezgéscsillapítás és mozgások szabályozása. A rugókat a gyakorlatban számtalan helyen alkalmazzák. A rugókat a következő képen oszthatjuk fel: a). Csavarrugók, amelyek lehetnek: - nyomórugók - húzórugók - forgatórugók b). Lemezrugók: - egyszerű lemezrugók - összetett lemezrugók c). Gyűrűsrugók d). Tányérrugók e). Spirálrugók. 3.2.8. A gépelemek méretezési alapelvei A gépelemeket érő terhelések időbeli hatásai különböző lehet, és a terheléseket a következő csoportokba oszthatjuk: 1. Nyugvó, vagy statikus terhelés. Ebben az esetben a külső terhelés állandó értékű. 2. Lüktető, vagy változó terhelés. A külső terhelés zérus és egy maximális érték között váltakozik 3. Lengő, vagy váltakozó terhelés. A külső terhelés nagyságában és értelmében (irányításában) is váltakozik. Az anyagra megengedett feszültségértéket úgy kell megválasztani, hogy fennálljon a:

σ tényl < σ meg

összefüggés.

42

A méretezés irányulhat a gépelem anyagának a megválasztására, a geometriai méretek meghatározására illetve a terhelhetőség vizsgálatára, a következő képen: a). Anyagmegválasztás: σ =

M = σ meg K

b). Geometriai méretezés: K =

M

σ meg

c). Terhelhetőségi vizsgálat: M = K ⋅ σ meg 3.3. Ékek, kötések és rögzítő szegek Az ékek és reteszek közös hossztengelyű felületen illeszkedő alkatrészek összekapcsolására szolgáló gépészeti kötőelemek. Nagyon egyszerű a használatuk, emiatt nagyon elterjedt gépelemek. Leggyakrabban a tengelyek és kerékagyak kötésére használatosak. E kötőelemekkel egyszerű, aránylag pontos, kis méretű olcsó és gyors kötéseket hozhatunk létre. Hátrányuk az, hogy a keresztmetszet megváltozása miatt mind a tengelyben, mind az agyban veszélyes feszültségkoncentráló helyeket idézhetnek, és ugyanakkor az ékek gépi beverése vagy besajtolása az alkatrészek alakváltozását is okozhatja. E hátrányaik miatt az alkalmazásuk korlátozott. a nagy fordulatszámú és teljesítményű gépekben Az ékeket és reteszeket a következő szempontok szerint osztályozzuk: (3.1 ábra) a). Az összekötendő alkatrészek viszonyított helyzete szerint: - keresztirányú, vagy harántékek (3.1. a ábra) - keresztirányú, rögzítő szegek (3.1. b ábra) - hosszanti ékek (3.1. c-f ábra) - hosszanti reteszek (3.1. h és i ábra) a). A működési szerepük szerint léteznek: - rögzítő ékek vagy reteszek - vezető, beállító, vagy szabályozó ékek és reteszek A hosszanti ékek vagy reteszek és a hosszanti rögzítő szegek az illesztett alkatrészek közös tengelyével párhuzamosan helyezkednek el. (3.1. c-i ábra) A keresztirányú ékek és a keresztirányú rögzítő szegek az összekapcsolt alkatrészek közös tengelyén merőleges helyzetűek.

43

3.1 ábra: Ékek és reteszek Az ékek, reteszek és rögzítőszegek a legtöbb esetben a téglalap, vagy négyzetszelvényű és OL 50 jelű, hidegen húzott acélrúdból készülnek. A rögzítő, vagy helyzetbiztosító szegek kisebb szilárdságú, acélokból is gyárthatók. Ilyenek az OL 32, OL 37 vagy OL 42. Napjainkban, a modern technológia már műanyagot (polivinilklorid PVC) is használ az ékek vagy reteszek gyártására. A legmodernebb technológia már megengedi a műanyagékek vagy reteszek megfelelő hornyokba történő közvetlen öntéssel való előállítását is. 3.3.1 Keresztirányú ékkötések és szegkötések Keresztirányú harántékeket főleg henger alakú alkatrészek összekapcsolására használnak. Előnyük a gyors és könnyű szét illetve összeszerelhetőségük. Hátrányuk a költséges megmunkálás, emiatt ritkábban használatosak, mint a haránt irányú szegek. A haránt irányú rögzítő szegeknek ugyanaz a felhasználású területe, mint a keresztirányú ékeknek. A harántékek és szegek beveréssel, vagy besajtolással szerelhetők, a beszerelt ékek, vagy szegek üzem közben rögzített állapotban kell maradjanak, ami azt jelenti, hogy önzáróknak kell lenniük. Ezt úgy oldják meg, hogy az ékek két ellentétes oldalát enyhe lejtésűre képezik ki. A haránt irányú szegek és az összekapcsolt elemek szerkezeti alakja szerint léteznek: - egy nyíró keresztmetszetűek (3.2 i ábra) 44

- két nyíró keresztmetszetűek (3.2 j ábra) - több nyíró keresztmetszetűek

3.2 ábra: Csapszegek szerkezeti alakjai 3.3.2 Hosszanti ékkötések, rekeszkötések és szegkötések A gépgyártásban gyakori az ék és szegkötések alkalmazása, segítségükkel széles körű alkatrész skála összekapcsolása oldható meg. Ilyen kötéssel rögzítik a különféle kerékagyakat, keréktárcsákat, lendkerekeket, féktárcsákat és dobokat, tengelykapcsolókat, stb. 3.3.3. Hosszanti lejtős ékek A hosszanti lejtős ékek tengelyoldali felülete párhuzamos a tengellyel, az agy felöli oldaluk ferde. A lejtőség nagyságát úgy kell megállapítani, hogy az ék önzáró legyen, ezért tg α = 1 / 100 kell legyen. Az agyban levő horony lejtése azonos kell legyen az ék lejtésével. A nyomással vagy ütéssel beszerelt ék a tengely és a kerékagy közé szorul. Ha a tengelyen levő horony nem teszi lehetővé az ék bevezetését, akkor a kerékagyat kell az ék fele szorítani. Egy ilyen összeszerelést mutat be a 3.3 ábra:

45

3. 3. ábra: Összeszerelés hosszanti lejtős ékkel Az ékelés következtében az ék ferde az ék ferde oldalainak az aggyal és a tengellyel való érintkezési felületein keletkező belső nyomóerő segítségével történik az erőátvitel a tengelyről a kerékagyra. 3.3.5. Reteszek A reteszek hasáb alakú kötőelemek, vagyis két-két hosszanti oldaluk párhuzamos. Esetükben az erőt ékhatás nélkül, az oldalfelületek viszik át a tengelyről az agyra. A reteszeket egyes esetekben csavarkötéssel az agyhoz rögzítik. Nagy erőátvitel esetében két, vagy három retesz is szükséges lehet, ezeket egymáshoz képest 120o- os szögben helyezkedik el a tengely kerületén. A reteszek szokványos hosszúsága l ≈(1,1...1,3)d, ahol d a tengelyátmérő.

3.4 ábra: Reteszkötés A felépítésük szerint a reteszeket két csoportba soroljuk: - íves (tárcsás reteszek, ezeket a reteszeket kis átmérőjű ( d < 40 mm ) átmérőjű tengelyek esetében használják. - hosszanti szegek: az ékek szerepéhez hasonló rögzítő szegek kúposak, a reteszek funkcióját betöltő szegek pedig hengeresek (lásd 3.2 ábra). 3.3.5. Bordáskötések Bordáskötés esetében a tengely és a kerékagy közötti erőátvitel nem ék vagy retesz, hanem a két alkatrész egymással érintkező felületeinek alakos, úgynevezett bordás kiképzése révén valósul meg. A bordástengely olyan tengelynek tekinthető, amelynek kerületén több retesz a tengely anyagából van kialakítva. 46

A bordáskötés a következő előnyöket biztosítja: jobb a kapcsolt alkatrészek központosítása, az agy nem deformálódik, ovális alakúra, az érintkezési helyeken kisebbek a felületi feszültségek. Okozta igénybevételek. Ezt a típusú kötést főleg nagy forgatónyomatékok átvitelére alkalmazzuk és olyan esetekben is, amikor a kerekek tengelyirányban eltolhatók kell hogy legyenek. A bordák számát z-vel jelöljük, és ez 4, 6, 8, 10, 16 vagy 20 szokott lenni. A bordázat lehet derékszögű, evolvens profilú, trapéz alakú, körívprofilú vagy ékfogazású. Központosításuk szerint megkülönböztetünk borda- vagy oldalvezetésű (3.5 b. ábra), külső vezetésű (3.5 c. ábra) és belső vezetésű (3.5 d. ábra) bordáskötést.

3.5 ábra: Bordástengely és bordásagy 3.3.6. Ék és reteszkötések méretmegválasztása 3.3.6.1. Hossznyírású ékek és reteszek A hossznyírású ékeket főleg a tengelyek, és a velük együtt forgó tárcsák összekötésére használják. Egyik jellegzetes ékkötés a nyerges ékkötés (3.6 ábra)

47

3.5 ábra: Nyerges ékkötés Ebben az esetben, a kötés, mivel a tengelyen nincsen se horony, se lemunkálás, és az ék tengelyen felfekvő felülete a tengely görbületének megfelelően van kiképezve, tiszta erőzáró kötés. A súrlódási nyomaték:

Ms =

2µFn d = Fs d 2

Az átadandó nyomaték:

MT =

Fk d 2

A megcsúszás határesete:

M s = MT A különböző fészkes és hornyos ékek használata ott indokolt, ahol az átviendő nyomaték nagyobb lehet, mint a súrlódási nyomaték. A horonyban felfekvő ék oldalfelületei alakzáró módon viszik át a nyomatékot. A horony a tengelyt gyengíti, növekszik a fáradttörés veszélye. A horony sarkait le kell kerekíteni, az ékek éleit ajánlott leélezni, vagy lekerekíteni. Lapos ékkötésnél a tengelyen nincs horony, a tengelyt csak lemunkálják így csökken a feszültséggyűjtő hajtás. A retesszel megvalósított tengely-csapkötésnél a retesz oldalfelületei. Felfekszenek a horony oldalfelületeire és az érintkező felületeken felületi nyomás alakul ki.

48

3.7 ábra: Reteszkötés   2M t FK  M t 1  p= = ⋅  = t2 I  d t2 I  t 2 Id  2  A feltétel: p = pmeg ahol: - l a retesz hossza - pmeg = 40...50 MPa öntöttvas agyra - pmeg = 90...100MPa acélagyra Az ellenőrzést nyírásra végezzük: FK ≤ τ meg bI Ha számításainkból az l értéke túl nagyra adódik (ami az agy hosszát eredményezi) két, egymástól 120o –ra elhelyezkedő reteszt alkalmazhatunk. 3.3.7.2. Keresztnyírású ékek Tekintsük a 3.8 ábra szerinti, keresztnyírású ékkötést:

τ=

49

3. 8 ábra: keresztnyírású ék A fenti ábrán látható ékkötésben az egyes elemek igénybevétele különböző. A d1 átmérőjű rudat váltakozva terheli húzó és nyomóerő. A rúd gyengített keresztmetszete: AI = d I2 ⋅

π

4

− dI ⋅v

ahol: dI 3 F σ= ≤ σ meg AI A terhelőerő az l1 rúdszakaszt két keresztmetszetben is nyírja, a nyírás pedig hajlítással is párosul, ezért 1,5-szörös alaktényezővel kell számítani a) Az l1 rúdszakasz hossza az 3 F τ = ⋅ V ≤ τ meg .rúd összefüggésből, 2 A ahol: A = 2 ⋅ l1 ⋅ d1 b). Az ék vastagsága a: v=

3 Fv ≤ τ meg.ék összefüggésből, ahol: 2 A

τ= ⋅

A2 = 2.v.m A hüvely húzó, nyomó igénybevételnek van kitéve. Keresztmetszete:

D 2π d12π A3 = − − ( D − d1 ) ⋅ v , 4 4 valamint:

σ = F /A3 ≤σmeg.hüv összefüggésből számítható ki. 3.3.8. Axiális helyzetbiztosító elemek A leggyakrabban alkalmazott, és méretezést igénylő helyzetbiztosító elemek a csapszegek és szegek. A csapszegek rudak, hevederek kerekek, görgők, stb. kötéséhez alkalmasak. A kötéseknél az érintkező felület henger-, vagy kúppalást. Méretezésük a 3.9 ábra jelölései segítségével történik:

50

3.9 ábra: Csapszeg igénybevétele A felületi nyomás a rúd perselyében:

p=

F d ⋅b

Palástnyomás a hevederben:

p1 =

F 2db1

A legnagyobb hajlítófeszültség:

σ=

Mh F = K b b  2 + 1  4 2  d3

π

32

A legnagyobb nyírófeszültség:

F τ= v = A

F 2 d

2

π

,

4

általában elhanyagolható A szegek tárcsák, agyak, állítógyűrűk, kézikerekek tengelyre való rögzítésére, két szerkezeti eleme kölcsönös helyzetének biztosítására, illetve hevederek, rugók, stb. vezetésére szolgálnak. A 3.10 ábra segítségével történik a méretezésük, amit nyírásra végzünk:

51

3.10 ábra: Keresztirányú szeg igénybevétele A nyírófeszültség értéke a szegben:

τ=

Fv ≤ τ meg A

ahol:

d 2π 4 F M Fv = k = T 2 dt A=

3.4. Csavarkötések A műszaki gyakorlatban a legelterjedtebb kötőelemek a csavarmenetesek. Bármely gépben, készülékben vagy berendezésben előfordul egy vagy több csavarmenet. A csavarkötések főbb elemeit a 3.11 ábra szemlélteti: :

4

4

a- a csavarkötés részei: 1- csavar, 2-csavaranya, 3-alátétkarika, 4- sasszeg, 5- összekötendő alkatrészek, b- a csavar részei, c- csavarmenet szelvények. 3.11 ábra A csavarkötés elemei: A csavarmenetes elempárok (csavar és csavaranya) össze- és szétszereléséhez nem szükségesek különleges szerszámok, vagy készülékek. Csavarkötésekben a csavarok nagy tengelyirányú szorítóerő kifejtésére képesek. Ha mozgást akarunk átszármaztatni, azt a csavarorsó, vagy az anya forgatásával végezhetjük el. A kötő- és szorítócsavarok készülhetnek nagy fejjel, ezek a fejescsavarok, illetve fej nélkül is, ez esetben ászokcsavaroknak hívják őket. 3.4.1. Csavarmenet-jellemzők A csavarmenet fontosabb elemeit a 3.12 ábra ismerteti:

52

3.12 ábra: A csavarmenet fontosabb elemei Egy csavarmenetes alkatrész legfontosabb eleme maga a csavarmenet. A csavarmenet egy hengeres vagy kúpos felületen kiképzett csavarvonalú borda. Léteznek síkfelületű menetek is, ezek általában spirális alakúak. A csavarmenet fő jellemzője a tengelymetszet mértani alakja. (3.11. c ábra) Ezt a metszetet csavarmenetszelvénynek, vagy csavarprofilnak hívjuk. A szelvény mértani alakja szerint beszélünk: háromszögű menet (ezt a típust normálmenetnek is szokták nevezni), lapos menet (vagy négyzetes menet), trapéz menet, fűrész menet, zsinór menet, stb. Ezek a menetprofilok, a csavarkötés könnyebb és biztonságosabb létesítése céljából szabványosítva vannak. A menetemelkedés –pe – a csavarmenet tengelyirányában mért azon távolság, amelyet egy ugyanazon csavarvonalon haladó pont egy teljes fordulás alatt megtesz. Ha a csavarmenet d2 középátmérőjű hengerét síkba fejtjük, a rajta levő csavarvonal egyenessé alakul át, amely a henger tengelyére merőleges síkkal βm szöget zár be, és a menetemelkedés szöge nevet viseli. A csavarmenet készülhet t = 1, 2, 4, 6 bekezdéssel, ami t számú párhuzamos csavarvonalat jelent. A két egymás melletti menetborda közötti tengelyirányú távolságot p menetosztásnak nevezzük. Egy bekezdésű csavaroknál a menetemelkedés azonos a menetosztással, több bekezdésű csavarok esetében a pe menetemelkedés a p menetosztás, és az t bekezdések számának a szorzata, azaz: pe = t. p A pe menetemelkedés, a d2 középátmérő, a βm menetemelkedési szög , és a p menetosztás között a következő összefüggések léteznek: pe =t. p = π. d2 .tg . βm Egy bekezdésű csavar esetében: pe = p, tehát: p = π. d2 .tg . βm A βm menetemelkedési szög értéke a fenti kifejezésből adódóan: t⋅ p βm = π ⋅ d2 A szimmetrikus menetszelvényeknél a menetárok két oldalprofilja közötti α szöget profil szögnek nevezzük. A menetmagasság a menet csúcsa és talpa közötti távolság: h a csavarmenet és H az anyamenet magassága. Normál méretmenetek esetében H = 0,86603.p. 53

A H1 hasznos menetmagasság a csavar és anyamenet oldalfelületeinek érintkezési magassága, métermeneteknél H1 = H. 5 / 8 = 0,54127.p A mindennapi gyakorlatban a következő csavarkötés típusok használatosak: - rögzítő csavarok (kötőcsavarok) - tömítő csavarok - mozgató (mozgást közvetítő) csavarok - szabályozó (beállító) csavarok - mérő csavarok A csavarfej szerkezeti alakja igen változatos, emiatt a csavarok elnevezése is igen sokféle. A 3.13 ábra bemutatja a gyakrabban használatos csavarok szerkezeti alakját:

54

a – hengeres fejű csavar hatszögű belső kulcshoronnyal, b – téglafejű csavar, c- kúpos csavarvég, d – lencsefejű és félgömbfejű csavar, e- rovátkoltfejű csavar, f – félgömbfejű csavar, - g – hengerfejű csavar, h- sülyesztettfejű csavar, i - hatszögfejű, különleges jobb és balmenetű csavar, j – keresztnyílású félgömbfejű csavar, k - sülyesztettfejű orros csavar, l- négyszögletesfejű kétszárú csavar, m- hengeresfejű hornyolt csavar, n- lencsefejű hornyolt csavar, o- kis négyszögfejű csavar, p - szemescsavar, r- féloldalú fejes csavar, s – sülyesztettfejű önmetsző csavar, sz – hatlapú feszítőhüvely, t- horgos csavar, u- tőcsavar (ászokcsavar), v- tekertvégű alapzati rögzítőcsavar. 3.13 ábra: Gyakrabban használatos csavarok szerkezeti alakja A csavaranyák és alátétek elnevezését szintén szerkezeti alakjuk, vagy szerepük határozza meg.

55

a. – palástfuratú hengeres anya, b – hatlapú magas anya, c – oldalfuratú hengeres anya, d rovátkolt anya, e – alacsony rovátkolt anya, f- fogantyús anya, g - zárt anya, h – hornyos rovátkolt anya, i – szárnyas anya, j - koronás anya, k, l. o – biztosító alátétek. 3.14 ábra: A csavaranyák szerkezeti alakjai . A menetek méreteinek meghatározására használt méretegységek alapján beszélünk métermenetekről (mm-ben vannak megadva) és Whithworth menetekről (angol hüvelykben, collban vagy inch-ben mérve). 3.4.2. A csavarkötések anyagai A csavarok, csavaranyák és tartozékaik, szabványosított elemek, szabványaik előírják az anyagaikat is. A nyers csavarokat OL 37 acélmárkából készítik. A megmunkált hatszögfejű, négyzetesfejű vagy félgömbölyű fejű csavarok OL 50, OLC 35 vagy OLC 45-ből készülnek. A nagy terhelésű, illetve váltakozó igénybevételnek kitett csavarokat nagyobb szilárdságú, esetleg ötvözött acélból gyártják. Egyes, a fa illetve műanyag iparban használatos csavarokat műanyagokból vagy színesfémekből is gyárthatják. A csavaranyák anyaga a melegen hengerelt foszforos acél (OLF), de használatosak a csavarok előállításánál felsorolt acélmárkák is. Tervezésnél, illetve méretezésnél és ellenőrzésnél fontos figyelembe venni, hogy az ötvözött acélmárkákból készült csavarok érzékenyebbek a fárasztó igénybevételre, mint a közönséges, vagy hőkezelt acélokból előállított társaik. 3.4.3. Csavarbiztosítások A kihasználásuk időtartama alatt a fellépő lökések vagy rezgések hatására az egyébként önzáró csavarok is meglazulhatnak. Ha az ilyen meglazulásoknak káros, sőt veszélyes következményei lehetnek, csavarbiztosító elemeket, módszereket kell alkalmazni a jelenség kiküszöbölésére. Nagyon sok ilyen csavarbiztosító eszköz és eljárás ismert, a 3.15. ábrán bemutatunk néhányat belőlük 56

A fontosabbak közül megemlítjük - az anya kicsavarodását megakadályozását biztosító elemek (3.15. a ábra) - a csavar meglazulását gátló biztosító elemek és módszerek (3.15. b ábra) - a csavar és a csavaranyát biztosító elemek (3.15. c ábra) - a csavarorsó és az anya menetei közé kényszerített járulékos, a legtöbb esetben képlékeny- rögzítő anyagok

a. ábra

b. ábra

c ábra

3.15 ábra: Csavarbiztosító eszközök

3.4.4. A csavarkötés sztatikus igénybevétele és méretezése A csavarkötés igénybevételének meghatározásához a 3.16 ábra modelljeit vesszük alapul, vagyis feltételezzük, hogy az orsó idealizált, egyetlen menetét az anya ellenfelülete szorítja, illetve ezt a menetet kiegyenesítve, konzolszerűen támadja. Az egyetlen menetre eső terhelő erő Ft / z, ahol z az erőátvitelben résztvevő menetek száma.

57

3.16 ábra: Csavarkötés igénybevétel modell A kötőcsavarokban a következő igénybevételek jelentkeznek: a). Az orsó magkeresztmetszetében húzás (nyomás), a terhelés ideje alatt ehhez még hozzáadódik a csavarás b). A menet töve hajlításra és nyírásra van igénybevéve c). A csavarfejnél az igénybevétel nyírás, hajlítás. Külön ellenőrizendő a felfekvő felület nyomásra. A kötőcsavarok méretezésénél a terhelőerőtől, a meghúzáshoz szükséges nyomatéktól és az előfeszítéstől függően három esetet különböztetünk meg. I. Az anya felcsavarása közben a kötés terheletlen, és csak ezt követően lép fel terhelés. Ebben az esetben a csavarnál csavaró igénybevétel nem lép fel, így azt tiszta húzásra méretezik. Ft R σh = ≤ σ meg = eH n = 1,7 π n 2 d3 ⋅ 3 A képletben d3 a menet magkeresztmetszete. II. A csavart, az orsót terhelő hosszirányú erőhatás működése alatt kell meghúzni. Ilyen esetekben a csavart a húzóigénybevételen kívül csavaróigénybevétel is terheli. Ebben az esetben a redukáló feszültség σred kiszámítására a következő kifejezést használjuk: σ meg = σ h 2 + 3τ cs2 ≤ σ meg Az anyamenet tövében fellépő hajlítónyomaték meghatározását a 3.17 ábra jelölései segítségével végezzük.

58

3.17 ábra: Csavarmenet elemek A jelölések segítségével felírható: F 3 M haj = ⋅ H ⋅ t 8 z Ha K-val jelöljük a kiterített konzol veszélyes keresztmetszeti tényezőjét az anyára vonatkozóan, akkor felírhatjuk: P2 K = d ⋅π ⋅ 6 A fenti megjegyzéssel: F 1 P2 3 σ haj =  ⋅ H ⋅ t  ⋅ ⋅ π ⋅ 6 z d 8 A szilárdsági számítások eredményei alapján az anyák és csavarfejek magasságát szabványosították: - az anya magassága: m = 0,8 d - a csavarfej magassága : m = 0,7 d III. A csavarkötést szereléskor meghúzó nyomatékkal előfeszítik, csavarkulccsal meghúzzák, és utána lép fel az állandó nagyságú Fü üzemi erő. Ha az erőhatás által előidézett feszültség a folyáshatár alatt marad, akkor a deformációk a Hooketörvény értelmében lineárisan változnak. 3.4.5. Mozgatócsavarok méretezése A mozgatócsavarok méretezésekor a minimális magátmérőt az összetett igénybevétel redukált feszültségéből állapítjuk meg. σ red = σ h 2 + 3τ cs2 ≤ σ meg ahol: Ft , σ red = π ⋅ d 32 4 59

M cs , π ⋅ d 33 16 A szükséges anyagmagasságot az általában gyengébb szerkezeti anyagú anya megengedett felületi nyomása, pmeg alapján határozzuk meg, felhasználva a 3.18 ábra jelöléseit.

τ cs =

3.18 ábra: Mozgatócsavar méretezés mértani elemei Az ábra jelöléseit figyelembe véve a szükséges anyagvastagság meghatározására a következő összefüggéseket írhatjuk fel: ha = z ⋅ p

ha min = Ft ⋅

P π ⋅ d 2 ⋅ H 1 ⋅ p meg

3.5. Szegecskötések 3.5.1. Szegecskötések alkalmazása Szegecskötésekkel általában lemezszerű alkatrészeket illesztünk össze, úgy, hogy a lemezeket kifúrjuk, az egymásra helyezett lemezek furataiba szegecseket helyezünk, és ennek a túlnyúló szárát képlékeny alakváltozással fejjé formáljuk. A szegecselés tehát egy nem oldható kötés fém és fém, illetve fém és nem fémes anyag (bőr, műagyag, szövet, stb.) között. A szegecselés alkalmazási területei mára már lényegesen leszűkültek, mert a hegesztés és fémragasztás magas fejlettségi szintet értek el. A szegecselés végezhető géppel, robbantással és kézzel. A kézi szegecselés technológiáját az 3.19 ábra szemlélteti:

60

3.19 ábra: A kézi szegecselés technológiája A kézi szegecselés műveletei a következők: lemezfúrás, a lemezek egymásra helyezése, a szegecs furatba való helyezése és a zárófej kialakítása. Az 3.20 ábra a gépi szegecselés kiinduló, illetve végső állapotát szemlélteti

3.20 ábra: A gépi szegecselés technológiája A szegecselést ma már csak ott alkalmazzák, ahol előnyös tulajdonságokat mutat a hegesztéssel szemben, (a lemezekben nem keletkezik hőhatás, amely a lemezek alakváltozásához vezetne). Ugyancsak használatos olyan fémek esetében is, amelyek nem hegeszthetők (alumínium és ötvözetei). Attól függően, hogy mi a szerepe a szegecselt illesztésnek, a szegecselést három csoportba soroljuk: - szilárd kötés: A szegecskötés az egyik alkatrészről a másikra erőhatást visz át (híd, daru, stb. építés) 61

- tömítő kötés: Feladata a tömítés biztosítása az összeillesztett lemezek között. (nyomás nélküli tartályok) - szilárd és tömítő kötés: Egyidőben kell teljesítenie az előbbi két célkitűzést (nyomás alatti tartályok, kazánok) 3.5.2. Szegecsfajták, szegecskötések kialakítása A szegecseléshez használt gépelemeket szegecseknek nevezzük. A szegecs egy előre gyártott fejből, és szárból épül fel. A szegecs számára a furatot kisebb átmérő esetében lyukasztják, nagyobb átmérőknél fúrják. A furat valamivel nagyobb kell legyen a szegecsszár átmérőjénél, 10 mm feletti szegecsszárok esetében a furat általában 1 mm-el nagyobb a szegecsszárnál. A szegecsek egyik osztályozási kritériuma a szegecsfej mértani alakja. A 3.21 ábra ismerteti a különböző szegecs típusokat: 3.21 ábra: Szegecs típusok A

robbanószegecset különösen a repülőgépgyártásban használnak. A szegecs üreges szárába robbanótöltetet helyeznek el. A szegecskötés kialakítása lehet: 1. Átlapolt szegecselés, ami lehet átlapolt egysoros 3.22 ábra), és átlapolt kétsoros szegecselés (3.23 ábra)

3.22 ábra: Egysoros átlapolt szegecselés

3.23 ábra: Kétsoros átlapolt szegecselés

2. Hevederes szegecselés, ami ugyancsak lehet: egysoros hevederes szegecselés (3.24 ábra), illetve kétsoros hevederes (3.25 ábra) szegecselés. 62

3.24 ábra: Egysoros hevederes szegecselés

3.25 ábra: Kétsoros hevederes szegecselés

Amennyiben egy sor szegecs az igénybevétel szempontjából nem elegendő, több sort képeznek ki, mely sorok egymástól fél osztásnyi távolságra el vannak tolva, hogy a lyukak miatti lemezgyengítés ne egy keresztmetszetbe essen. Az acélszegecseket 10 mm átmérőnél alul könnyűfémből állítják elő, és általában hidegen szegecselik. 10 mm-nél nagyobb átmérőjű szegecseket acélból készítik, vörösre izzítva helyezik a furatba és melegen összeszegecselik. 3.6.3. Szegecskötés méretezése szegecselt tartályok esetében A tartály modellje egy vékonyfalú cső, amely pü üzemnyomás hatására az átmérő sík mentén szakad el. A méretezést 3.26 ábra jelölései segítségével végezzük.

3.26 ábra: Szegecskötés méretezése szegecselt tartályok esetében A szakadás előtti állapotban a szakadási síkra vonatkozó erőegyensúlyi egyenlet a következő: F = d b ⋅ l ⋅ pü ≤ 2 ⋅ s ⋅ l 63

A csőfalban ébredő tangenciális feszültség (σt ) nem lehet nagyobb, mint a cső anyaga által megengedett feszültség σmeg. A σmeg - et az ReH folyáshatárból szokás közvetlen meghatározni az n biztonsági tényezővel. R σ meg = eH n A fenti két egyenlet összevonásával kapjuk: p d b ⋅ ü ≤ σ meg , illetve: 2⋅ s p S min = d b ⋅ ü 2σ meg A fenti képletet a magyar szakirodalom kazánformulának nevez. Szegecselt tartály esetében a lemez vastagsága: pü S min = d b ⋅ 2ϕσ meg ahol φ = 0,6...0,8 a szegecsfuratok miatt alkalmazott gyengítési tényező. A szegecsszár szelvényét közepes nyíróigénybevételre ellenőrizzük a következő képlet segítségével: 1 P Ft = t sz ⋅ ≤ i ⋅ Z ⋅ d sz2 ⋅ t meg ⋅ F 4 ahol: - F a kötést terhelő erő - l a kötéshosszúság - i az egyetlen szegecsszár nyírt szelvényeinek a hossza - z a tsz szegecsosztásra jutó szegecsek száma

- τ meg =

σ meg

3 3.7. Hegesztett kötések 3.6.1. Alkalmazási területek, előnyök, hátrányok Az oldhatatlan kötések közül a leggyakrabban alkalmazott kötés a hegesztés. A hegesztés fém vagy nem fém alkatrészek összekötésére szolgáló olyan eljárás, amely az összekapcsolandó elemeket helyi hevítéssel egyesíti, az alapanyagokéhoz hasonló adalékanyag beolvasztásával, vagy anélkül. A hegesztés, mint eljárás, alkalmazhat nyomó vagy ütőerőt is. A különféle hegesztési eljárások az utóbbi években nagy jelentőségre tettek szert, és a szegecselést szinte teljesen kiszorították a gyakorlatból. A hegesztés előnyei közül megemlíthetjük: - a szegecseléssel szemben jelentős súlycsökkentés érhető el, ugyanakkor elkerülhető a furatok okozta szerkezetgyengítő hatás. - a szegecsek és csavarok esetén az erőátvitel pontszerű, míg hegesztés esetében ez egyenletesebben, egy vonal mentén történik. - a hegesztéssel anyagtakarékos, könnyű és egyszerű szerkezetek gyárthatók. A hegesztés hátrányai közül megemlíthető: - a hőhatás miatt a hegesztési varrat közvetlen közelében kedvezőtlenül megváltozik a fém szemcseszerkezete, belső, remanens (visszamaradó) feszültségek keletkeznek a varratban, amelyek csökkentik a varrat teherbírását.

64

- a hegesztés mindig vetemedéssel, elhúzódással jár, amely egyszerű szerkezetek esetében a megfelelő technológia alkalmazásával elkerülhető, nagyobb szerkezetek esetében azonban a hegesztést minden esetben feszültségtelenítő hőkezelés (izzítás) kell hogy kövesse. - a hegesztési varrat minőségét nagymértékben befolyásolja a hegesztő szakképzettsége, ez a tényező azonban automatizált hegesztés esetében elmarad. A hegesztésnek két alapvető típusa ismert: a). Felrakó hegesztés. Ebben az esetben, heganyag alakjában olyan réteget viszünk fel az alkatrészre, amely kopást, törést, repedést vagy egyéb sérülést hoz rendbe. b). Kötőhegesztés. Egyes szerkezeti egységek között teherviselő kapcsolatot hozunk létre. 3.6.3. Hegesztési varratok ábrázolása rajzjelekkel Attól függően, hogy az összehegesztendő alkatrészek széleit milyen alakúra képezik ki a hegesztés előtt, a varratokat a következő képen csoportosíthatjuk: fejperemezett lemezek közötti tompavarrat, egyoldali tompa I varrat, egyoldali tompa V varrat, egyoldali tompa 1 / 2 V varrat, egyoldali tompa Y varrat, egyoldali tompa 1/ 2 Y varrat, egyoldali tompa U varrat, egyoldali tompa J varrat, egyoldali tompa 1 / 2 J varrat, sarokvarrat, horonyvarrat, ponthegesztés, vonalhegesztés. A 3.27 ábra szemlélteti a fent említett varrattípusokat, illetve bemutatjuk a műszaki rajzban használatos jelöléseiket:

65

66

3.27 ábra: hegesztési varratok 67

3.6.3 A hegesztett szerkezetek kialakításának főbb szempontjai Egyik legfontosabb szabály hegesztéskor, hogy a szerkezetben minél kevesebb hegesztési varrat legyen, és ezeket lehetőség szerint ott kell elhelyezni, ahol a legkisebb az igénybevétel. Hegesztéskor a következő szempontokat kell figyelembe venni: - a két összehegesztett alkatrész között a hírtelen átmenet az erővonalak sűrűsödését, feszültségeket ébreszt, ezért lényeges, hogy az átmenet folyamatos legyen. Sarokhegesztésnél legajánlottabb a kétoldalú homorú sarokvarrat. - sarokcsatlakozásoknál (például tartályfenék kialakítása) a varrat a görbület utáni szakaszon legyen, ahol a varratot már csak húzófeszültség terheli. - hegesztett szerkezeteknél lehetőleg előre gyártott, a kereskedelemben vásárolható elemeket (idomacélokat, lapos acélokat, hajlított, sajtolt és húzott elő gyártmányokat) használjunk. A hegesztés tervezésénél figyelembe kell venni a hozzáférhetőséget, a varratot lehetőleg kedvező helyzetre készítsük. - amennyiben lehetséges, kerülni kell a varratok kereszteződését. Ha ez nem megoldható, a varratot szakítsuk meg, vagy hagyjuk ki. 3.6.4 A hegesztett gépelemek méretezése A hegesztett gépelem (3.28 ábra) tartóssága több tényezőtől függ. Ilyen tényező az alapanyag (A zóna), melyre a hegesztésnek nincs befolyása, a hegesztőpálca szilárdsága (C zóna), az átmeneti zóna állapota (B zóna), a hegesztés kivitele, a hegesztési varrat minősége, stb.

3.28 ábra: A hegesztett gépelemek méretezése A hegesztett szerkezeteknél az összes hegesztett elemek csatlakozó keresztmetszeteiben ellenőrizni kell a feszültséget. A varratokban keletkező feszültségek pontos meghatározása nehéz művelet, ugyanis sok a bizonytalanság, ezért tervezéskor közelítő számításokat végzünk. Acélszerkezetek, tartályok, kazánok szilárdsági számításainál az egész méretezési és ellenőrzési eljárást szabványok rögzítik. A névleges feszültségek meghatározásánál az alábbi kritériumokat kell szem előtt tartani: 68

- a csak a hatásos keresztmetszetet vesszük figyelembe. A varrat vastagsága tompa és K varrat esetében az s lemezvastagsággal egyenlő. - varrathosszként csak a hasznos varrathosszt vesszük figyelembe. - oldalvarrat és homlokvarrat egy kötésben való alkalmazásakor figyelembe kell venni a varratok együttdolgozását. A hegesztett szerkezetek szilárdsági méretezését két féle terhelésre végezzük: 1. Statikus terhelés Ebben az esetben a hegesztett kötés szilárdsági értékei az alapanyagéra azonosra vehetők. (α= 1). A hegesztés jóságát, azaz a varrat minőségét a φ tényező segítségével lehet értékelni. A magyar szabványok szerint: - I. minőségi osztályra φ = 1 - II. minőségi osztályra φ = 0,8 - III. minőségi osztályra φ =0,5 2. Dinamikus terhelés Ebben az esetben a varrattípustól és az igénybevétel fajtájától függően az α = 0,4...0,8. Ebben a tervezési esetben is figyelembe kell venni a varrat minőségi osztályát, ugyancsak a φ tényező segítségével. A varratban megengedhető feszültségek: σ vmeg = α ⋅ ϕ ⋅ σ meg

τ vmeg = α ⋅ ϕ ⋅ τ meg , A fenti képletben σ meg és τ meg, az anyagra megengedett feszültségek. 3.7. Forrasztott és ragasztott kötések 3.7.2. Forrasztott kötések A forrasztás anyaggal záró, szét nem bontható kötés, amelyet fémes, vagy nemfémes, de fémmel bevont alkatrészek esetében alkalmazhatunk. Ellentétben a hegesztéssel, a forrasztáshoz használt kötőanyag olvadáspontja alacsonyabb az összekötendő alkatrészek anyagának az olvadáspontjánál. Az egyes alkatrészek, és a forrasznak nevezett kötőanyag között adhéziós erők jönnek létre, anélkül, hogy az összekötendő fémek anyaga megolvadna. A forrasztás hőmérséklete a forrasz olvadáspontjának a függvénye. Az összekötendő felületekről először mechanikai úton (kefélés, homokfújatás, köszörülés), majd vegyi úton (maratás), el kell távolítani az oxidokat, zsírokat, és egyéb szennyeződéseket. A megtisztított felületek közé juttatjuk a forrasztóanyagot. A megolvasztott forrasz az alapanyagot bevonja, felületi ötvözetet alkot vele, és szilárdulása után kötés jön létre a forrasz, és a két felület között. A forrasz olvadáspontjának a függvényében két féle forrasztásról beszélünk: 3.7.1.1. Lágy forrasztás. Ebben az esetben a forrasztóanyag 450 oC alatt olvad meg. Lágy forraszként ólom ötvözetet használunk, amelynek olvadáspontja 200...300 oC között található. A forrasztáshoz szükséges hőt a forrasztópáka kölcsönzi. A lágyforrasztást általában csak kis mechanikai szilárdságot igénylő kötések esetében használják. Az alkalmazási területei közül megemlítjük: elektrotechnika, hűtőberendezések, vékonyfalú lemeztartályok, konzervdobozok, stb. 3.7.1.2. Kemény forrasztás. Abban az esetben beszélünk keményforrasztásról, ha a forrasz olvadási hőmérséklete 450 oC fölötti. Az így létrehozott kötések már nagyobb erők átvitelére is képesek. Emiatt ez a kötési mód elterjedt a finommechanikában és a gépgyártásban. A forrasz réz vagy ezüst forrasz, amelynek megolvasztásához 680...800 oC szükséges. Ha a megolvasztás valamilyen láng segítségével történik, lángforrasztásról beszélünk. A merítéses 69

forrasztásnál az előre összeállított és rögzített alkatrészeket megfelelő mérető kádakba merítik, amelyben a megolvasztott forrasz található. A forrasztás, mint bármely más technológiai művelet előnyökkel, és hátrányokkal is rendelkezik. A forrasztás előnyei közül megemlíthetjük: - a forrasztás alacsony hőmérsékleten történik, ezért az összekötött alkatrészekben semmilyen szerkezeti elváltozás nem történik. - felhasználható acél és nemvasfémek közötti kötésre, amely hegesztéssel nem hozható létre - az összekötendő fémekben nem keletkeznek hő okozta feszültségek, elhúzódások vagy repedések. - a forrasztott kötéseknek jó a villamos vezetőképességük. A hátrányok közül felsoroljuk: - alacsony a kötés terhelhetősége - a felületek gondos előkészítést igényelnek - a forrasztáshoz használt anyagok (ón, réz, ezüst, stb.) aránylag drága fémek, ami korlátozza bizonyos mértékben a felhasználásukat. 3.7.2. Ragasztott kötések A ragasztás az egyik legrégebbi technológiai eljárás. Régebben ezt az eljárást főleg fa, papír és bőr ragasztására használták. A ragasztás mint technológiai eljárás akkor tett szert nagyobb jelentőségre, amikor sikerült olyan ragasztóanyagokat előállítani, amelyekkel fémes anyagok is ragaszthatók. A ragasztás felületi, azaz adhéziós kapcsolatot biztosít. A ragasztás nagyon előnyös, ha ponthegesztéssel társítják. A fémragasztás szintetikus anyaggal létesített kötés, ami vegyi reakciók révén óriásmolekulák képződésével jön létre. A technikában alkalmazott ragasztóanyagokat három nagy csoportba oszthatjuk: 1. Állati ragasztóanyagok. Ezek közül legismertebbe glutinenyv, (csont-, bőr- és halenyv), amelyeket papír, bőr és textíliák ragasztására használnak 2. Növényi ragasztóanyagok. Ide soroljuk a keményítőenyvet, amely főleg a papírtermékek ragasztására használatos. 3. A szintetikus műanyagszármazékokkal fémeket ragaszthatunk. A ragasztott kötések előnyei közül megemlíthetők: - a terhelés átadása egyenletesebb, mint hegesztés, vagy forrasztás esetében - elmarad a szegecselés okozta gyengítés és feszültségkoncentrálás - hidegen vagy kis melegítéssel elkészíthető, ezért elmaradnak a hő okozta feszültségek - jelentős a súlymegtakarítás - a legkülönbözőbb anyagok is összeragaszthatók - villamosan jól szigeteltek, ezért a fémek elektrokémiai korróziója megelőzhető - jól ellenállnak a különböző vegyi hatásoknak - a ragasztás zajcsökkentő és rezgéscsillapító hatású A ragasztás hátrányai a következők: - egyes ragasztóanyagok a kötés időtartama alatt nagy nyomást (200 N / cm2) és magas hőmérsékletet ( 150...200 oC) igényelnek - a terhelhetőségük viszonylag alacsony - a ragasztott kötések általában hőhatásra érzékenyek - a kötés előkészítése és készítése nagy gondosságot követel - a ragasztott kötés nagyon érzékeny a hámozó igénybevételre 3.7.2.1. A ragasztott kötések kialakítása A ragasztott kötések kialakításánál a következő szempontokat kell figyelembe venni: 1. Ha lehetséges, akkor 3.29 ábra szerinti igénybevételek közül a ragasztott kötés csak nyíró igénybevételt kapjon. 70

3.29 ábra: A ragasztott kötés különböző igénybevételei 2. A hámozó igénybevételt kerülni kell. Ha mégis fontos, akkor a kötést szegecseléssel, vagy ponthegesztéssel kell párosítani. A szegecs veszi fel az erőhatást, míg a ragasztás a tömítést biztosítja. 3. A 3.30 ábra különböző ragasztott lemezkötéseket mutat be:

3.30 ábra: Ragasztott lemezkötések A tompa csatlakozást (3.30 a ábra) kerülni kell. Ajánlottabb a ferde leélezéssel való csatlakozás csatlakozást (3.30 b ábra) a feszültségcsúcsok ne essenek a varrat végére, átlapolt kötésnél az áramvonalas kialakítás a célszerűbb (3.30. d ábra). A hajlító igénybevétel szimmetrikus kialakítással elkerülhető (3.30 e és f ábra) 4. Az összeragasztandó alkatrészek merevsége között ne legyen túl nagy a különbség. A 3.31 ábra a ragasztott sarokcsatlakozási eljárásokat szemlélteti:

71

3.31 ábra: Ragasztott sarokcsatlakozások A ragasztott hornyolt csatlakozásokat a 3.32 ábra mutatja be

3.32 ábra: Ragasztott hornyolt csatlakozások A ragasztott csőkötések a 3.33 ábra útmutatása szerint készülnek

3.33 ábra: Ragasztott csőkötések

3.8. Rugalmas kötőelemek (rugók) 3.8.1. A rugók típusai, alkalmazási területei és a rugók anyagai A rugók olyan gépelemek, amelyek a terhelő erők hatására nagyfokú rugalmas alakváltozásra képesek. A rugalmas alakváltozás miatt jelentős energiahalmozásra, illetve tárolásra képesek. E képesség miatt a rugók széles körben használatosak a gépgyártásban. A fontosabb feladataik közül megemlíthetjük: - energiatárolás és közlés (órarugó, szeleprugó) - kinetikai munka elnyelése, teherlökések felvétele (ütközőrugó, lökhárítórugó) - dinamikai jellemzők megváltoztatása, rezgéscsillapítás (szállítóberendezések, rezgéscsillapítók) - mozgásszabályozás mechanizmusokban - feszítőrugó, mint szeleprugó - méréstechnikai célok (műszerekben) A rugók igénybevétele a következők egyike lehet: - statikus terhelés (időben állandó, vagy nagyon lassan változó) - húzás - nyomás - hajlítás - csavarás - nyírás - dinamikus terhelés (időben váltakozó), ami lehet szakaszos, vagy folyamatosan ismétlődő - fárasztó terhelés (lüktető, vagy lengőterhelés) 72

A rugók anyagának kiváló rugalmas tulajdonságokkal kell rendelkeznie, a szakítási szilárdsághoz hasonlítva magas kell legyen a folyási határ, és nem kell legyen kifáradási határfeszültsége. A rugók gyártására a legtöbb esetben nagyszilárdságú rugóacélokat használnak. Ezek az acélok kevés szenet tartalmaznak, és szilíciummal, mangánnal, krómmal és vanádiummal ötvözöttek. Az acélon kívül még réz, foszforbronz, gumi és műanyag is alkalmazható rugógyártásra. Az általánosan használt rugóanyagok megengedett feszültségei:

σmeg = 500...600 N / mm2 τmeg = 350...400 N / mm2 A rugalmassági modulusai:

E ≈ 2,1 . 105 N / mm2 G ≈ 8,3 . 104 N / mm2 3.8.1.1. Fémrugók A fémrugók alakjuk szerinti osztályozása a 3.34 ábra szerint történik:

73

3.34 ábra: Fémrugók alakjuk szerinti osztályozása Ezen osztályozási kritérium szerint a rugók lehetnek: - húzott rúd, hengeres csavarrugó - nyomott hengeres-, kúpos csavarrugó, nyomott gyűrűs tányér-, gumirugó - hajlított egyszerű és réteges laprugó, hajlított spirálrugó - csavart rúd vagy csőrugó - nyírt gumirugó 3.8.2. Húzásra és nyomásra terhelt rugók 3.8.2.1. Húzott egyenes rúdrugó A húzott egyenes rúdrugó a legegyszerűbb rugófajta, amelyet azonban a gyakorlatban rugóként nem használnak. Figyelembe véve, hogy az F erő hatására, a rugó minden keresztmetszetében azonos feszültség ébred, ez a rugókban felhalmozódó alakváltozási munka az alapja a rugók összehasonlításának. A szilárdsági számításokat a 3.35 ábra jelöléseinek a felhasználása segítségével végezzük.

3.35 ábra: Húzott egyenes rúdrugó szilárdsági számítása Az f megnyúlás értéke a Hooke- törvény alapján határozható meg: σ = E ⋅ε , azaz: 74

F f = E⋅ , A l

innen: f =F⋅

L A⋅ E

A rugóállandó: c=

f l = F A⋅ E

A deformáció során felvett munka: W=

1 1 l = Fmax ⋅ f max = Fmax ⋅ Fmax 2 2 A⋅ E

Ha: A ⋅ l = V , és σ =

Fmax , A

akkor: V 2E Az anyag kihasználási tényezője (η) a rugó kihasználási tényezőjét veszi figyelembe, úgy hogy a deformációs munkát viszonyítjuk, osztjuk a maximális igénybevétel esetén elvégzett munkával: W W V η = max = max ⋅ 2 Wmax h σ max 2 E Húzott rúdrugók esetében η = 1. Ezek a rugók általában kemény rugók. 3.8.2.2. Nyomásra terhelt gyűrűsrugók A gyűrűsrugók zárt kettős külsőkúpos belső gyűrűkből és kettős belsőkúpos gyűrűkből álló rugóoszlopok. 2 Wmax h = σ max ⋅

75

3.36 ábra: Gyűrűsrugó Az F axiális terhelés hatására az érintkezési felületeken nyomás alakul ki, amely a külső gyűrűkben húzó a belső gyűrűkben pedig nyomófeszültséget ébreszt. A keletkezett feszültség miatt megváltozik a gyűrű átmérője. Az f megnyúlás értéke arányos a terheléssel, és az érintkező felületek számával. A gyűrűk vékonyfalú csöveknek tekinthetők, amelyek bármely részében ugyanakkora a σ feszültség. Az anyag kihasználási tényező e rugók esetében η = 1. Teljes összenyomáskor a gyűrűk között 1...2 mm hézagnak kell maradnia. 3.8.2.3. Hajlításra terhelt lemezrugók 3.8.2.3.1. Egyszerű hajlított laprugók A legegyszerűbb laprugó az egyik végén befogott, állandó keresztmetszetű tartó 3.37 ábra :

3.37 ábra: Laprugó

l ≤ σ meg K h02 K = b0 ⋅ 6

σ hj = F ⋅

Innen:

σ hj = 6 F ⋅

l h02 , F = σ ⋅ b ⋅ meg 0 b0 ⋅ h02 6l

A rugólap végének lehajlása: f =F

l3 . 3I ⋅ E

Mivel: I = b0 ⋅

h02 , 12

f = 2l 2 ⋅

σ meg 3h0 ⋅ E

A rugóállandó értéke: 76

2l 2

σ meg

f = F

3h0 ⋅ E 4l 3 = h02 h03 ⋅ b0 ⋅ E σ meg ⋅ b0 ⋅ 6l

W = f⋅

F l 1  2 = ⋅ σ meg ⋅ b0 ⋅ h0 ⋅  E 2 18 

c=

A rugóban felhalmozott munka:

Azonban: V = b0 ⋅ h0 ⋅ l W=

1 F 1  2 V  , η = = ⋅ σ meg ⋅ 2 9  2 E  9

3.8.2.4. Spirálrugók A spirálrugók fő alkalmazási területe az óraszerkezetek. Ezek a rugók főleg hajlító igénybevételt szenvednek.

3.38 ábra: Spirálrugó A rugóhuzal szelvénye lehet kör, órarugók esetében használtabb a négyszög. A rugó belső vége az O középpontú tengelyhez kapcsolódik, ahol az Mo nyomaték működik. A rugó külső vagy belső vége mereven befogott, ami meggátolja a másik vég szögelfordulását, tehát gyakorlatilag lehetővé teszi a reakciónyomaték keletkezését. Ha a merev befogás idővel esetleg meglazul, akkor a befogás csuklóvá válik, a feszültség ez esetben duplájára növekszik, ami előbb-utóbb rugótörést eredményez. Ebben az esetben az anyagkihasználás is kedvezőtlenné válik.

77

3.8.3. Csavarásra igénybevett rugók 3.8.3.1. Csavarásra igénybevett hengeres rúdrugók Ezek a rugók a kis helyszükséglet mellett nagy csavarónyomaték átvételére alkalmasak. Főleg torziós dinamométerekben és járművek kerekének torziós rugózásánál használatosak. A szilárdsági számításokat a 3.39 ábra jelölései segítségével végezzük.

3.39 ábra: Hengeres rúdrugó

τ=

M cs π , K p = d 3 ⋅ , τ = τ meg Kp 16

azonban:

τ = γ ⋅G , d ⋅

ϕ 2

= γ ⋅l ,

így:

d ⋅ϕ dϕG l ,τ= , ϕ max = 2τ meg 2l 2l G⋅d A rugóban felhalmozódott deformációs munka:

γ=

W = M cs ⋅

ϕmax 2

= τ meg ⋅ K p ⋅

ϕ max 2

=

d 3 ⋅ π 2 ⋅ τ meg ⋅ l V 2 ⋅ = τ meg ⋅ 16 G⋅d 4G

3.8.3.2. Kör- vagy négyszögszelvényű kúpos nyomórugók

78

A kúpos csavarrugók általában körszelvénnyel (3.40 ábra), vagy négyszögszelvénnyel ( 3.41 ábra) készülnek

3.40 ábra: Körszelvényes nyomórugó

3.41 ábra Négyszögszelvényes nyomórugó

A négyszögszelvényű kúpos rugókat tekercsrugóknak is nevezik, és főleg a vasúti járművek ütközőrugóiként használják. 3.8.4. Gumirugók 3.8.4.1. A gumianyag jellemzője A gumirugók anyaga vulkanizált természetes vagy szintetikus kaucsuk. A kaucsuk alapanyagához ként, kormot, cinkoxidot és különböző lágyító-, töltő- és festékanyagokat adagolnak. Ezek az adalékanyagok nagymértékben befolyásolják a gumi minőségét, keménységét, szilárdsági és technológiai tulajdonságait. A nyersgumit és az előkészített felületi fémrészeket a vulkanizáló formába helyezik, és ott, meghatározott ideig, nagy nyomáson kb. 150 oC-on hőn tartják. A G csúsztatási modulus a keménység növekedésével nő. Általában G = 0,5...1 MPa. 3.8.4.2. A gumirugók kialakítása és igénybevételük A gumirugók általában egyszerű térmértani test alakúak, ahol a gumi rendszerint fémhüvelyek, vagy fémlapok között helyezkedik el. A fémrugó igénybevétele lehet nyomás vagy csavarás. A gumirugók szilárdsági számításait a 3.42 jelölései segítségével végezzük.

79

3.42 ábra: A gumirugók szilárdsági számításai Az ábrán látható nyomással terhelt gumirugóra a következő összefüggések írhatók fel: Ef F σ =ε ⋅E = a = h A vagyis: E F = fa ⋅ A ⋅ h A rugóállandó értéke: c=

fa h = F AE

3.9. Tengelyek 3.9.1. Tengelyek felhasználása, osztályozása és anyaga A tengelyek olyan gépelemek, amelyek forgó gépalkatrészt, esetleg alkatrészeket hordanak. A tengelyek feladata általában az erőátadás, csavarnyomaték továbbítás tengelykapcsolón, szíjtárcsán vagy fogaskeréken keresztül. A tengely méretét és alakját a hordozott gépalkatrészek alakja, működése, méretei és a szerelési körülmények határozzák meg. A tengelyek osztályozását több szempont szerint is végezhetjük. 1. A tengely és a rászerelt géprészek egymáshoz viszonyított mozgása szerint beszélünk: - ,forgó-, vagy közlőtengelyek: a rászerelt alkatrészekkel együtt forognak - ,álló, vagy hordozótengelyek: a rászerelt forgó alkatrészekhez képest állanak. 2. A tengelyek kialakítás szempontjából lehetnek - hosszú, gyakorlatilag állandó keresztmetszetű tengelyek - vállas, rövid tagolt tengelyek - bütykös, excenteres tengelyek - bordás, fogazott tengelyek - csőtengelyek - görbített (könyökös) tengelyek 80

- forgattyús tengelyek - hajlékony (flexibilis) tengelyek 3.43 ábrán bemutatjuk a gyakrabban használt tengelyeket: 3. Az igénybevétel szerint léteznek: - csak hajlításra igénybevett tengelyek: ezek általában álló tengelyek - csak csavarásra igénybevett tengelyek: ilyen a gépkocsik kardántengelye - hajlításra és csavarásra egyaránt igénybevett tengelyek: hajtóművek forgó tengelyei 4. A tengelyek más gépelemekkel való kapcsolata szerint lehetnek: - hengeres (csapágyak, vagy szíjtárcsák felfogására) - kúpos erőzáró (fogaskerekek központos felfogásánál) - bordázott (bordás tengelyek esetében) - polifon profilú - fogazott A tengelyeket a legtöbb esetben acélból (szénacél, ötvözött acél) vagy öntöttvasból készítik. Az anyag megválasztásánál a legfontosabb tényező a szilárdság illetve az anyagkifáradás.

81

3.43 ábra: Fontosabb tengely típusok

3.9.2. Tengelyek szilárdsági számításai 3.9.2.1. Tartótengelyek számítása A tartótengelyek gyakorlatilag csak hajlításra vannak igénybevéve. A szilárdsági számításoknál a tényleges megterhelésből indulnak ki. Ha a főbb méretek ismertek, vagy szerkesztési szempontok alapján készítik a tengelyeket, akkor a szilárdsági ellenőrzéseket hajlításra végezzük. 82

Új tengelyek méretezésekor a terhelési adatok alapján szilárdsági méretezési számítással állapítjuk meg a tengely fontosabb méreteit (hosszúság, átmérő) Tekintsük a 3.44 ábra jelöléseit:

3.44 ábra: Tartótengely terhelési vázlata. A tengely közepén ható F erő az A, illetve B támaszokban egyenlő nagyságú reakcióerőket ébreszt: F RA = RB = 2 A legnagyobb hajlítónyomaték az F erő irányában eső keresztmetszetben lép fel. Értéke: F l F ⋅l M max = ⋅ = 2 2 4 A tengely keresztmetszete kör alakú, tehát a keresztmetszeti tényezője: d3 W =π ⋅ 32 A szilárdsági követelményt kifejező összefüggés: d3 M max = W ⋅ σ megh = σ meg ⋅ h ⋅ π ⋅ = 0,1d 3σ megh 32 A fenti összefüggésből kifejezhető a szükséges d tengelyátmérő: d = 8 10 ⋅

M max

σ megh

Tervezés szempontjából fontos figyelembe venni, hogy kis terhelésű tengelyek lehetnek állandó átmérőjűek az egész hosszúságukban, azonban nem célszerű állandó átmérőjű tartótengelyek alkalmazása, ugyanis ez anyagpazarlást jelent. 83

Nagy tengelyek esetében az lenne az ideális , ha a tengely alakja a 9.2 ábrán a szaggatott vonallal bejelölt formájú lenne. Az ilyen alakú tengely az úgynevezett egyenszilárdságú tartónak felelne meg. Az ilyen tengely kiépítése és alkalmazása igen körülményes, ezért az egyenszilárdságú tartó elméleti alakját különböző átmérőjű hengeres, illetve kúpos tengelyrészből képzett alakzattal közelítik meg. 3.9.2.2. Hajtótengelyek számítása A hajtótengelyek szilárdsági számításainál figyelembe kell venni, hogy a gépelemek egyes részei általában összetett igénybevételnek vannak kitéve, ugyanis a hajlítás és csavarás egyidejűleg terheli a tengelyeket. Esetenként még nyomás és húzás is felléphet. Az összes igénybevétel egyidejű figyelembevétele a méretezésnél nagyon körülményes, ezért a tengelyek méretei egyszerűsített számítással a megengedett csavaróigénybevételek alapján is felvehetők. 3.9.2.3. Hajtótengelyek számítása csavarásra Hajtótengelyek kihasználásakor az esetek zömében a főigénybevétel a csavarás, a hajlítás okozta igénybevétel pedig elhanyagolható. Az ilyen tengelyeket a csavarásra megengedett τmeg t nyírófeszültség alapján méretezzük. A méretezésre használt összefüggés: M t = W p ⋅ τ megt Az átviendő P teljesítmény és az n fordulatszám függvényében a csavarónyomaték értéke: P P M t = 9 550 [Nm] = 9 550 000 [Nmm] n n Kör keresztmetszetű tengelyek esetében a Wp poláris keresztmetszeti tényezők nagysága a d [mm] tengelyátmérő függvényében: : d3 Wp = π ≈ 0,2d 3 mm3 16 Ezzel a kifejezéssel a csavarónyomaték képlete a következő képen módosul: P 9 550 000 = 0,2 ⋅ d 3 ⋅ τ megt n A fenti összefüggésből kifejezhető a tengelyátmérő méretezési képlete: P d = 3 9 550 000 0,2 ⋅ n ⋅ τ megt

[

]

3.9.2.4. Hajlításra és csavarásra igénybevett tengelyek Az egyidejűleg hajlításra és csavarásra igénybevett tengelyek méretezése esetében előbb különkülön meghatározzuk az Mh hajlító, és Mt csavarónyomatékokat, majd ezek segítségével meghatározzuk az Mech egyenértékű hajlítónyomatékot a tengely minden egyes keresztmetszetében. Az egyenértékű hajlítónyomaték kiszámítására a szilárdságtanban négy törési elmélet ismert, ezek valamelyikét alkalmazhatjuk. Acéltengelyek esetében a legjobb eredményt a IV. törési elmélet szolgáltatja. A képlet szerint:

M ech = M h2 + 0,75M t2 A fenti képlettel a méretezés nagyon leegyszerűsödik, az összefüggésből kifejezzük a tengely d átmérőjét:

84

d ≥ 3 10

M ech

σ meg t

⋅ M h2 + 0,75M t2 ,

illetve:

d3 ≥

10

σ meg t

⋅ M h2 + 0,75M t2 ,

A forgó tengelyek általában olyan gépelemek, amelyeket a legtöbb esetben váltakozó igénybevétel terhel. Ezért az ilyen tengelyeknél a méretezési számítások elvégzése után el kell végezni a veszélyeztetett keresztmetszetekben a fáradásos törési ellenőrzést is. A tengelyeknek műhelyrajzokban meghatározott szerkezeti alakját szerelési és működési szempontok alapján dolgozzák ki. A 3.45 ábra bemutatja a hajtótengely műhelyrajzát.

3.45 ábra: Hajtótengely műhelyrajza

3. 10. Csapágyak A legtöbb gépben és berendezésben forgó vagy lengő alkatrészek találhatók. Ezeknek a gépelemeknek a hordására, illetve a tartására, amint az előbbi fejezetben láttuk, tengelyeket használnak. A tengelyek alátámasztásra, ágyazásra szolgáló részei a tengelycsapok. A csap és az ágya különkülön nem alkalmazható, tehát összetartozó gépelemek, melyek a csapágy nevet viselik. A fentiek szellemében tehát a csapágy feladata a forgó, vagy lengő tengelyek megvezetése, megtámasztása, úgy, hogy eleget tegyen az alábbi feltételeknek: - biztosítsa a tengely egyértelmű helyzetét - biztosítsa az erőhatások és nyomatékok felvételét biztosítsa a forgó tengely és álló ház között a lehető minimális súrlódási veszteséget. 85

A csapágyak osztályozása több szempont szerint történhet: 1. A felületek érintkezése szerint: - siklócsapágyak - gördülőcsapágyak 2. A mozgás szabadságfoka szerint: - merev (1 szabadságfokú) - beálló (3 szabadságfokú) 3. A terhelés iránya szerint: - hordozó (radiális) - támasztó (axiális) A csapágyház kialakítása szerint: - osztatlan - osztott Bármely csapágy megnevezésében egyszerre tartalmazza a fent felsorolt szempontok szerinti megnevezés valamelyikét. A csapágyház felfüggesztésétől függően, a fenti osztályozáson kívül még beszélünk álló-, függő- és falicsapágyakat 3.10.3. Siklócsapágyak A siklócsapágyak esetében az álló és mozgó felületek egymáson csúsznak. A jobb csúszási felületek létrehozása céljából az egymáson elcsúszó felületek közé kenőanyagot vezetünk. Arra kell törekedni, hogy a kenőanyag az egymáson csúszó két felületet teljesen elválassza egymástól. A legtöbb csapágy esetében az egymáson elcsúszó felületek közötti kenőanyagréteg a relatív elmozdulás során önmagától alakul ki, ezek a hidrodinamikus siklócsapágyak. A hidrosztatikus csapágyak esetében a kenőanyagot nyomás alatt, szivattyú segítségével kell bejuttatni a felületek közé. A kenőanyag célja a súrlódás csökkentése az egymáson elmozduló felületek között. A súrlódás miatt energia szabadul fel, ez az energia hővé alakul, és ez a csapágy hőmérsékletét megemeli. A siklócsapágyakat a rájuk ható terhelőerő iránya szerint két csoportba osszuk: - ha a terhelés sugárirányú, hordozó-, vagy radiális csapágyról beszélünk. - ha a terhelés tengelyirányú, támasztócsapágy, talpcsapágy vagy axiális csapágy a siklócsapágy neve. Általánosságban a terhelés nem egyirányú, hanem a radiális és axiális erő egyszerre lép fel. Az esetek többségében azonban az egyik erő elhanyagolhatóan kicsi a másikhoz viszonyítva, ezért elégséges a csapágyat csak az egyik igénybevételre méretezni. 3.10.4. Radiális vagy hordozó siklócsapágyak A radiális siklócsapágyak a tengelyre ható radiális erőt a tengelycsapon keresztül a csapágyházban elhelyezett perselynek adják át. A radiális, vagy hordozócsapágy szerkezeti felépítését a 3.46 ábra szemlélteti.

86

3.46 ábra: Merev osztottházú osztatlan perselyű radiális csapágy A csapágyházat kialakíthatjuk teljesen önálló szerkezeti egységként.

3.47.ábra: Osztatlanházú, merev csapágy

3.48 ábra: Osztottházú, osztottperselyű merev csapágy

A radiális siklócsapágyak háza lehet osztatlan, vagy osztott. A 3.47 ábrán egy osztatlanházú merev csapágyat, míg a 3.48 ábrán egy osztottházú, osztott perselyű, merev csapágyat szemléltetünk. Osztott csapágyat (osztott ház , és osztott persely) akkor alkalmazunk, ha a tengely nem szerelhető oldalról, vagy ha egyszerűbb és kényelmesebb a szerelés radiális irányból. Ebben az esetben a tengelycsap nem közvetlenül, hanem perselyen keresztül érintkezik a csapágyházzal. A tengelyek, illetve a csapok anyaga általában edzhető és nemesíthető acél, a csapágyperselyek anyaga különböző, jó siklási tulajdonságokkal rendelkező, puhább anyag. Fontos követelmény, hogy a tengely anyaga mindig keményebb legyen, mint a persely anyaga. A persely anyaga kis terhelésű csapágyak esetében lehet öntöttvas, nagyobb felületi nyomás esetében a támasztó-, vagy hordozópersely keményebb, szilárdabb anyag futófelületét általában bélésfémmel vonják be. A persely- és bélésanyag megválasztásánál a következő szempontok kell szem előtt tartani: - jó kopásállóság - jó hővezetőképesség - jó kenési tulajdonság (ne ragadjon be ha átmenetileg csökken, vagy megszűnik a kenőanyag ellátás. - korrózióállóság - megfelelő szilárdság magas hőmérsékleten is. Az előbbi elvárásoknak a következő anyagok felelnek meg: sárgaréz, ónbronz, alumíniumbronz, szinterfém, műanyag, gumi, fa és műszén. 3.10.3. Axiális, vagy támasztó síkcsapágyak

87

Az axiális vagy támasztócsapágy szerkezeti felépítését a 3.49 ábra szemlélteti

3.49 ábra: Merev, osztatlanházú, osztatlan perselyű talpcsapágy Az ábrán bejelölt függőleges, tengelyirányú Fax axiális erőt a csapágyház alján található, bronz támasztógyűrű veszi fel. A hengeres persely a tengelycsap központosítására, radiális irányú megvezetésére szolgál. A csapágyat zsírral kenik. A támasztógyűrűn vagy a tengelyvég homlokfelületén egy horony van kiképezve, amelynek célja a kenőanyag egyenletes elosztása. A nagy terhelésű talpcsapágyat olajkenésű hidrodinamikus, vagy hidrosztatikus csapágyként alakítják ki. A siklócsapágyak kenőanyagainak az alapvető feladata a súrlódás, valamint a súrlódással együtt járó kopás és melegedés csökkentése. A kenés másodlagos feladata az üzem során keletkezett hő elvezetése, a futópályák korrózióvédelme, a zaj csökkentése és a tömítettség növelése. A kenőanyagokat két nagy csoportba soroljuk: kenőolajakra és kenőzsírokra. A kenőolajak közül megemlítjük a gépolajat, gépolaj finomítványokat, motorolajokat, stb. A siklócsapágyak zöme esetében kenőolajat használnak. A kenőzsírok ásványolajak és fémszappanok keveréke. Az ásványolaj a kenőzsír kenőképességét, míg a fémszappan a zsír keménységét (konzisztenciáját) biztosítja. Zsírkenést általában kis fordulatszámú csapágyaknál, lengő mozgást végző csuklóknál, és olyan helyeken alkalmazzák, ahol az olaj csepegése szennyeződést jelenthet (élelmiszeripari gépek és berendezések) 3.10.4. Gördülőcsapágyak A gördülőcsapágyak olyan gépelemek, amelyeknél az álló és elforduló elemek közötti erőátadás gördülőtesteken keresztül valósul meg. A gördülőtestek golyók, vagy görgők, amelyek csak tiszta gördülőmozgást végeznek. A gördülőcsapágy két gyűrűből, vagy tárcsákból áll, amelyek között, az erre a célra kialakított gördülőpályákon golyók vagy görgők futnak. A gördülőtestek egy úgynevezett kosárban 88

helyezkednek el, amelynek az a szerepköre, hogy megakadályozza a görgők egymással való érintkezését. 3.50 ábra egy gyűrűs illetve tárcsás csapágy szerkezeti felépítését szemlélteti:

50 ábra Gyűrűs és tárcsás csapágy felépítése Úgy a gördülőtesteket, mind a futófelületeiket tartalmazó gyűrűket és tárcsákat krómozott acélból készítik. A gördülőtesteket köracélból sajtolják, sorjázzák, köszörülik edzik és tükrösítik. A kosarak anyaga lehet acéllemez, sárgaréz, gömbgrafitos vasöntvény, de zajcsökkentés céljából különleges esetekben műanyagból is készülhetnek. 3.10.4.1. A gördülőcsapágyak osztályozása A gördülőcsapágyakat a gördülőtestek alakja szerint két nagy csoportba oszthatók: - golyóscsapágyak- görgőscsapágyak A terhelés fő iránya szerint megkülönböztetünk: - radiális vagy hordozó gördülőcsapágyakat- axiális vagy támasztó gördülőcsapágyakat. A radiális csapágyak általában sugárirányú, míg az axiális csapágyak tengelyirányú erők felvételére alkalmasak. A ferde hatásvonalú gördülőcsapágyak mind radiális, mind axiális irányú erőt képesek felvenni. A gördülőcsapágyak a mozgás szabadságfoka szerint lehetnek: - merev csapágyak - önbeálló csapágyak. A következő ábrák a fent említett gördülőcsapágy típusokat szemléltetik:

89

3.51 ábra: Radiális merev görgős csapágyak

90

3.52 Radiális merev golyóscsapágyak

3.53 ábra: Axiális merev golyós és görgőscsapágyak Gördülőcsapágyak esetében fontos követelmény a csapágy megfelelő mérvű tömítése. A tömítéssel részben a kenőanyagnak a csapágyházból való kijutását, részben a külső pornak, szennyeződésnek és különböző folyadékoknak a csapágyházba való bejutását próbálják meggátolni. Különösen veszélyes a por, amely a finom megmunkálású gördülőfelületeket gyorsan kikoptatja. A tömítést általában porvédő lemezzel, nemeztömítéssel, gumilemezzel, stb. oldják meg. A gördülőcsapágyak külső méreteit, szilárdsági számításait nemzetközileg szabványosították. 3.11. Tengelykapcsolók 3.11.1. A tengelykapcsolók jellegzetességei, szerepe és szerkezeti válfajai A tengelykapcsolók olyan gépelemek, amelyek tengelyek, mozgás- és csavarónyomaték átvitelre képes összekötésére szolgálnak. A tengelykapcsolókkal szemben a következő elvárások vannak: - legyenek megfelelő szilárdságúak a kért csavarónyomaték átszármaztatására - legyenek minél kisebb méretűek - csökkentsék a gépek változó terhelésű üzeméből adódó dinamikus igénybevételeket, és legyenek képesek többletterhelések felvételére - üzemközben elkopott alkatrészeik legyenek cserélhetők A tengelykapcsolók osztályozási szempontjai az összekapcsolandó tengelyek szerint történik: 1. A nem oldható tengelykapcsolók esetében a tengelyek kapcsolata csak az összekötő elemek szétszerelésével szüntethető meg 2. Az oldható tengelykapcsolók kötőelemei lehetővé teszik üzem közben a tengelyek szét- vagy összekapcsolását, általában terheletlen, de gyakran terhelt állapotban is. 3.11.3. Nem oldható tengelykapcsolók A nem oldható tengelykapcsolókat az összekapcsolt tengelyvégek helyzete szerint osztályozzuk: - rögzített tengelyű tengelykapcsolók, amelyek a két tengelyt szilárd kötésekkel rögzítik egymáshoz.

91

Egy ilyen tengelykapcsolót szemléltet a 3.54. a. ábra. - mozgékony, vagy beálló tengelykapcsolók, amelyek lehetővé teszik, hogy az összekapcsolt tengelyvégek üzem közben egymáshoz képest egy, vagy több irányban kis mértékben tengelyirányban eltolódjanak, Egy ilyen tengelykapcsolót mutat be a 3.55. b ábra.

3.54 ábra: Nem oldható tengelykapcsolók tulajdonságai alapján A tengelykapcsolók kötőelemeinek merev vagy rugalmas megkülönböztethetők: - merev tengelykapcsolók - rugalmas tengelykapcsolók 3.11.3. Rögzített tengelyű tengelykapcsolók A rögzített tengelyű, tehát merev tengelykapcsolóknak három válfajuk ismert: - hüvelyes tengelykapcsoló - héjas tengelykapcsoló - tárcsás tengelykapcsoló 3.11.3.1. Hüvelyes tengelykapcsolók Ezek a tengelykapcsolók a két tengelyvéget befogó egyrészű hengeres hüvelyből állanak, amelyet felékeléssel, vagy kis terhelés esetében hengeres, vagy kúpos rögzítő szeggel kötnek a tengelyekhez. E típus előnye a könnyű kivitelezés, de a járulékos terhelések elkerülése céljából pontos megmunkálást, központosítást, és szerelést igényelnek. A tengelykapcsoló méretezésében alapvető kiindulópont, hogy a hüvely és a tengelyvégek azonos szilárdságúak legyenek. Az előbbi elvárás akkor teljesedik be, ha: τ ataW pa = τ atmW pm A képletben: -Wpa illetve Wpm a tengelyvégek illetve a hüvely poláris keresztmetszeti tényezője -τata és τatm a tengelyek illetve a hüvely anyagának megengedett nyíró feszültsége csavarásra. A szilárdsági számításokat a 3.56 ábra jelöléseinek a felhasználásával végezzük:

92

3.55 ábra: Hüvelyes tengelykapcsolók A fenti ábra jelöléseinek a felhasználásával felírhatjuk:

π ⋅ d3 ⋅

τ ata

τ π (D − d ) ) 16 ≈ D 16

(

= π D4 − d 4 ⋅

3

3

atm

16 A fenti képletből levezethetjük a hüvely és a tengelyvég egyenszilárdságát kielégítő összefüggés a tengelyvégek d, és a hüvely D átmérője között:

D ≈ d3

τ ata τ atm

Ha a tengelyek és a hüvely azonos szilárdságú anyagból készülnek, akkor a fenti összefüggés a következő képen alakul: D ≈ 1,3 d Az ipari gyakorlatban a tengelykapcsoló szerepét betöltő hüvelyeket gyakran a tengelyek anyagánál kisebb szilárdságú anyagból készítik.

3.11.3.2. Tárcsás tengelykapcsolók A legtöbb esetben különtárcsás tengelykapcsolókat alkalmaznak. (3.57.a ábra) Nagyobb tengelyek esetében azonban a tárcsákat a tengelyvégre kovácsolják (3.57. b ábra)

93

3.56 ábra: Tárcsás tengelykapcsolók A különtárcsás tengelykapcsolók tárcsái ék- vagy reteszkötéssel, hideg- vagy melegsajtolással, vagy ritkábban hegesztett kötéssel rögzíthetők az összekapcsolandó tengelyvégekre. Nagyon fontos követelmény megmunkáláskor a tárcsák furatainak a központosítása. A tárcsák általában csavarokkal vannak összeerősítve. Az alkalmazott csavarkötés kétféle lehet: - szorosan (játékmentesen) illesztett - lazán (játékkal) illesztett. Szoros illesztés esetén a forgatónyomatékot a csavarok nyíróigénybevétel révén viszik át. A 3.57 ábra jelöléseit használva, felírhatjuk: Fny = 2 M t ⋅

β

z ⋅ Dcs

ahol: - Fny: nyíróerő - Mt : átszármaztatandó forgatónyomaték - β: túlterhelési együttható - z: csavarok száma 94

- Dcs: annak a körnek az átmérője, amelyen a csavarok tengelyvonalai helyezkednek el. A β túlterhelési együttható értékei 1, ha a törés nem okozhat egyéb rongálást a gépen, 1,2…1,5 ha egyéb rongálódás is keletkezhet, és 2 ha a rongálás balesetet is okozhat. Az Fny nyíróerő ismeretében elvégezhető a csavarok méretezése. Ha a csavarok játékkal vannak illesztve, akkor a csavarónyomatékot a tárcsák érintkezési felületeinek a csavarok szorító hatása által ébresztett súrlódási erővel kell átvinni. A csavarokat ebben az esetben a megfelelő szorítóerő ellenhatásaként fellépő húzóigénybevételre kell méretezni. 3.11.4. Mozgékony (beálló) tengelykapcsolók A tengelyek közötti szögeltérések, excentricitások beálló tengelykapcsolók alkalmazásával hidalhatók át. A 3. 58 ábra néhány ilyen típusú tengelykapcsolót szemléltet:

3.57 ábra: Nem oldható, mozgékony tengelykapcsoló Az ábrán szemléltetett tengelykapcsolók merev kapcsolók, de ezeken kívül elterjedtek az olyan beálló tengelykapcsolók is, amelyek a csavarónyomatékot rugalmas kapcsolóelemek segítségével viszik át. Ezeknek az a nagy előnyük, hogy induláskor, vagy üzem közben jelentkező dinamikus, lökésszerű némileg lecsökkentik, a szöggyorsulást pedig csillapítják. 3.11.5. Oldható tengelykapcsolók Az oldható tengelykapcsolók segítségével a két tengely közötti kapcsolat nyugalmi állapotban, de néha üzem közben is megszakítható. A megszakítás egyszerű vezérléssel, például kapcsolókar segítségével végezhető. Az oldható tengelykapcsolóknak széles skálájú szerkezeti válfaja ismert, ezeket két csoportba szokás besorolni: vezérelt és önműködő tengelykapcsolók. Függetlenül a fenti besorolástól, az oldható tengelykapcsoló lehet merev, vagy rugalmas kapcsolatú. A rugalmas viselkedésű vezérelt oldó tengelykapcsolók a mozgásátvitel ideiglenes megszakítására vagy biztonsági tengelykapcsolóként használatosak. Ezeknek gyors a kikapcsolási idejük. Ilyenek például a gépkocsi tengelykapcsolói. 95

A 3.59 ábra egy merev, oldható körmös kapcsolót mutat be.

3.58 ábra: Merev oldható körmös kapcsoló Az oldható tengelykapcsolók össze- és szétkapcsolásának a vezérlése megoldható kézi erővel, vagy lábbal működtetett emeltyűkkel, vagy villamos, légnyomású illetve folyadéknyomású segéderők közvetítésével. 3.11.5.1. Dörzskapcsolatú vezérelt oldható tengelykapcsolók Ez a kapcsoló típus alkalmas terhelés alatti fokozatos kapcsolásra, és emiatt nem okoz lökésszerű igénybevételeket. A dörzskapcsolók jó működése érdekében biztosítani kell a súrlódó felületek egyenletes érintkezését. Ezt úgy oldhatjuk meg, ha a kapcsoló szerkezete lehetővé teszi a dörzsfelületek szabályozhatóságát, a lökésszerű igénybevételek és a túl magas mérvű kopás elkerülhetőségét. 3.11.5.2. Síktárcsás dörzskapcsolók Egyik legelterjedtebb dörzskapcsoló típus. A felépítését a 3.60 ábra szemlélteti.

96

3.59 ábra: Síktárcsás dörzskapcsoló

3.11.5.3. Lemezes súrlódó- vagy dörzskapcsoló A 3.61 ábra tengelymetszetben egy soklemezes súrlódó, vagy dörzskapcsoló látható.

3.60 ábra: Soklemezes súrlódó, vagy dörzskapcsoló Az ilyen kapcsolókkal átvihető csavarónyomaték sokszorosa az egyszerű dörzskapcsolóval továbbítható csavarónyomatéknak.

3.11.5.4. Kúpos dörzskapcsolók Az egyszerű kúpos dörzskapcsoló vázlatos rajzát a 3.62 ábra mutatja be:

97

3.61 ábra: Kúpos dörzskapcsoló A tárcsa kiépítésénél fontos kritérium, hogy az α az önzáródást okozó szög értékénél nagyobb kell legyen, nehogy a kúpos tárcsák egymásba szoruljanak. 3.11.5.5. Önműködő oldható tengelykapcsolók Egyik leggyakrabban alkalmazott válfajuk a 3.63 ábrán vázlatosan szemléltetett centrifugális tengelykapcsoló.

3.62 ábra: Centrifugális dörzskapcsoló Ennél a kapcsolónál a be- és kikapcsolás a centrifugális erő hatására önműködően történik. 3.12. Közlőművek Az technika egyik fontos célkitűzése a közlőművek folytonos tökéletesítése. E téren a következő irányú törekvések tapasztalhatók: - a szerkezetek, berendezések egyszerűsítése - a mechanikai erőátvitel alkalmazhatóságának minél szélesebb körű kiterjesztése - zajcsökkentés - a lökésszerű igénybevételek csillapítása - az üzembiztonság növelése Bármely tengelyről a vele egyvonalban lévő, vagy néha kis szögben elhajló szomszédos tengelyre a forgómozgás tengelykapcsoló segítségével származtatható át. Nem egy vonalba eső tengelyek között az erőátvitel közlőművek segítségével valósul meg. A közlőmű a mozgás átszármaztatásakor a mozgást rendszerint mennyiségi, de néha minőségi szempontból is módosítják. 3.12.1. Szíjhajtások A szíjhajtások olyan szerkezetek, amelyek a mozgást a hajtótengelyről a hajtott tengelyre egy közvetítő húzóelem, a szíj segítségével származtatják át. A szíj egy zárt, végtelenített, hajlékony és egyben rugalmas szalag. Működés közben a szíj a tengelyekre rögzített szíjkerekek felületére feszül, azokra súrlódással tapad. 98

Egy szíjhajtás elemei a következők: hajtó- és hajtott tengely, csapágyak, szíjkerekek (szíjtárcsáknak is szokás nevezni őket), szíj, és esetenként szíjfeszítő készülék. A3.64 ábra néhány szíjhajtásos közlőmű vázlatos rajzát szemlélteti. A szíjhajtások osztályozása a szíjnak a szíjkeréken való elrendezése és a tengelyek viszonylagos helyzete szerint történik. Eszerint megkülönböztetünk: - párhuzamos tengelyű nyitott szíjhajtások, azonos forgácsirányú szíjtárcsákkal (3.64.a és b ábra) - párhuzamos tengelyű keresztezett, ellentétes forgásirányú szíjtárcsákkal (3.64 b és d ábra) - kitérő tengelyű, félig keresztezett szíjhajtások, a tengelyvonalak közötti 90o - os vagy ettől eltérő szöggel (3.64.f ábra A szíj szelvénye szerint beszélünk lapos-, ék- vagy gömbölyű szíjhajtásokról.

99

3.63 ábra.: Szíjhajtások

A szíjhajtások előnyei közül megemlítjük: a húzóelem rugalmassága miatt a szíjhajtás nyugodt, lökés- és rezgésmentes üzemű. Alkalmasak nagy tengelytávolságok áthidalására, és nagy módosítások létrehozására is. Egyszerű szerkezetű, és emiatt előállítása és karbantartása is nagyon olcsó. A szíjhajtások egyik hátránya azonban az, hogy a szíj és szíjtárcsa között szükségszerűen rugalmas csúszás lépik fel, ezért szíjhajtással állandó nagyságú módosítású közlőművet nem lehet üzemeltetni. A szíj csúszását tapadási képességének fokozásával csökkenteni lehet. A szíjhajtások optimális működési feltételei a következők: - a kis szíjtárcsa D1 átmérőjének a megválasztásánál figyelembe kell venni a szíj δ vastagságát. A helyes arány: D1 ≥ (30...50)δ - az A tengelytávolság legyen a következő határok között: 0,7(D1 + D2 ) ≤ A ≤ 2(D1 + D2 ) ahol D1 és D2 a szíjtárcsák átmérője. - a szíj kerületi sebessége ne haladja meg a 10...30 m / s sebességet - vízszintes elrendezésű szíjhajtásoknál az alsó szál legyen az erőátvivő. A szíjtárcsák öntöttvasból, acélból, alumínium ötvözetekből, vagy műanyagból készülnek. A szíjak anyaga lehet: marhabőr (hátrész) gumi, gumiszövet, textil vagy műanyag. 3.12.1.1. A szíjhajtások jellemzői 3.12.1.1.1. A rugalmas csúszás Üzem közben a feszes ág a feszes ág megnyúlása nagyobb, mint a laza ágé, ez a jelenség idézi elő a rugalmas csúszást, ugyanis a feszes ágból a rugalmas ágba való átmenetkor a szíj a hajtókerék peremén megrövidülni kényszerül, a tárcsához képest visszamarad, a következő tárcsán a jelenség fordítva történik. A rugalmas csúszás miatt a hajtott kerék v2 kerületi sebessége kisebb, mint a hajtókerék v1 kerületi sebessége, A rugalmas csúszás mennyiségi jellemzésére a hajtó és hajtott tárcsa kerületi sebességei között mutatkozó viszonylagos sebességveszteség, az úgynevezett csúszástényező használatos. (v − v ) ε= 1 2 , v1 vagy: (v − v ) ε (% ) = 100 ⋅ 1 2 % v1 Az ipari gyakorlatban az ε csúszástényező (0,2...5) % között váltakozhat 3.12.1.1.2. A módosítás A módosítás megközelítő értékének meghatározásakor elhanyagolhatónak tekinthetjük a rugalmas csúszás befolyását, tehát a két szíjtárcsa kerületi sebességét egyenlőnek vesszük: v1 ≈ v2 Ebben az esetben a módosítás értéke: n D i= 1 = 1 n2 D2 A szíjhajtással létrehozott módosítás ajánlott szélső értéke i ≤ 8 A módosítás pontosabb értékének a meghatározásakor figyelembe kell venni a a csúszástényező értékét is. Ebben az esetben: 100

v2 = v1 (1 − ε ) π ⋅ D2 ⋅ n2 = π ⋅ D1 ⋅ n1 ⋅ (1 − ε ) , tehát: n D i = 1 = 2 (1 − ε ) n2 D1 Ha a laposszíj vastagságát δ-val jelöljük, a szíjhajtás kisebbik tárcsájának D1 átmérőjére az ajánlott érték: D1 > 50δ Általában az alkalmazott érték: D1 = (50..80)δ 3.12.1.1.3. A szíj hosszúsága A szíj hosszúságának a meghatározásakor figyelembe kell venni a szíj erőfeszítését. A még fel nem szerelt végtelenített szíj hossza kisebb kell hogy legyen, mint a tárcsákra feszített szíjé A szíj feszítését a szíjfeszítő szerkezet biztosítja. A szíjat feszítő erő nemcsak üzem közben, hanem nyugalmi, azaz álló helyzetben is feszíti a szíjat. A nyitott szíjhajtás mértani elemeit a 3.65 ábra szemlélteti:

3.64 ábra: A nyitott szíjhajtás mértani elemei Ilyen szíjhajtások esetében a szíj elméleti, úgynevezett névleges hosszúságát a következő képlet segítségével határozzuk meg: 2 ( D1 + D2 ) ( D2 − D1 ) L =π ⋅ + 2A + 2 4A A fenti képletben D1 és D2 a kerékátmérők, míg A a tengelytávolság 3.12.1.1.4. Az átfogási szög A szíjhajtás terhelhetősége a kisebbik tárcsán megvalósítható, β1, úgynevezett átfogási szög nagyságától függ. A szög nagyságát a 3.65 ábra szemlélteti. Az átfogási szög ajánlott legkisebb értékei: lapos szíj esetében: β1 > 150o , míg ékszíjaknál: β1 > 110o 3.12.1.1.5. A tengelytávolság Ugyanolyan tárcsaátmérők esetén az A tengelytávolság növelése a β1 átfogási szög növekedését eredményezi. 101

Figyelembe véve, hogy a β1 átfogási szög nagyságát nem ajánlott az adott, legkisebb érték alá csökkenteni, ebből adódik, hogy az A tengelytávolság alsó határát a tárcsaátmérők aránya határozza meg. 3.12.1.2. Az ékszíjhajtások méretezése A legtöbb ékszíj végtelenítve van, vagyis zárt (gyűrűs) formában gyártják. A névleges Ln hosszúságuk és szelvényméretük szabványosítva van. A megfelelő szerelési és működési feltételek biztosítása céljából az ékszíjtárcsák pontosabb megmunkálást igényelnek, mint a laposszíj hajtás kerekei, a tárcsák hornyainak oldalfelületeit szándékosan nem munkálják simára, mert így jobbtapadást biztosítanak. Nemcsak az ékszíjak, hanem az ékszíjtárcsák méretei is szabványosítva vannak, így az ékszíjhajtások számítása mindössze abból áll, hogy szabványokból megválasztjuk az ékszíj típusát, szelvény nagyságát és kiszámítjuk az adott P teljesítmény átviteléhez szükséges ékszíjak z számát, a következő képlet segítségével: P z= P0 K1K 2 ahol: - P0 az adott szelvényű szíjfajta egy szála által átvihető teljesítmény kW-ban - K1 a meghajtott gép jellegétől és üzemi körülményeitől függő helyesbítő tényező - K2 a kistárcsán megvalósítható, átfogási szögtől függő helyesbítő tényező Az ékszíjszelvényt úgy kell megválasztani, hogy az ékszíjak száma ne legyen 12-nél nagyobb. Az ékszíj szabványos jelölése a szelvényfajta jeléből és a névleges szíjhosszúságból (mm-ben kifejezve) áll, amit a szabványszám követ. Pld.: A 2500 STAS 1163-89 Az ékszíjtárcsa főbb méretei ugyancsak szabványosítva vannak, a szabványos ékszíjtárcsa jele RCT, amely után a Dp , névleges átmérő, az ékszíjszelvény jele, az ékszíjhorony szöge, majd a szabványszám következik. Pld: RCT 1000 B 34o STAS 1162-89. A szíjak előfeszítésére illetve a feszített állapotuk üzem közbeni megtartására többféle módszer alkalmazható. Ha az egyik tengely a másikhoz viszonyítva üzemközben eltolható, akkor az előfeszítést egy ellensúllyal működő szíjfeszítő berendezés segítségével oldhatjuk meg. Egy ilyen módszert szemléltet a 3.66 ábra:

3.65 ábra: Szíjfeszítő berendezés

3.12.2. Kötélhajtás A kötélhajtás működése a húzóelem (ebben az esetben a kötél) és a kerekek palástja közötti tapadáson alapszik, akárcsak a szíjhajtás esetében. A mozgást, legtöbb esetben a csavarónyomatékot továbbító vonóelem textil, vagy fémszálakból, szálcsoportokból (pászmákból) összesodort kötél.

102

Osztályozásuk a formájuk szerint történik. A 3.66 ábra bemutatja a használtabb sodronykötelek, illetve kötélcsigák szerkezeti felépítését.

3.66 ábra: Sodronykötelek és kötélcsigák szerkezeti felépítése Megkülönböztetünk: kerek (3.66 ábra) vagy lapos köteleket, külön anyagból készült központi béllel vagy a nélkül, a szálak lehetnek körszelvényűek vagy egyéb alakúak, a pászmák szintén. A kötél pászmáinak a sodrásiránya szerint beszélünk jobb, vagy balsodrású kötelekről.

103

A kötélhajtás széles skálán alkalmazott a műszakban. Főleg emelő- és szállítógépeknél alkalmazzák (3.67 ábra, az ábra egy villamos hajtású köteles emelődobot szemléltet.) de használatos még a csigasoroknál, emelő- és vontatódoboknál, sodronypályáknál, stb. A kötélvégek összekapcsolása segítségével nagy kötélhossz érhető el. Számtalan esetben a kötélvéget egy bizonyos gépelemhez kell erősíteni, vagy kötni. E célból a kötélvégekre hurkot készítenek (3.67.e ábra) a hurok segítségével a kötelet például emelőhoroghoz csatolják. A kötélvégek összekapcsolása vagy rögzítése elvégezhető egybefonással, szorító kengyellel, ékhüvellyel, stb. A 3.67 ábra több ilyen jellegű megoldást szemléltet. 3.12.3. Lánchajtások A láncok egymásba kapcsolt szemek vagy lemezek, sorából képzett vonó elemek. Szerepük hasonló a szíjakéhoz, vagy kötelekéhez, az erőátvitel azonban más módon történik. Az erőközlés és mozgásátvitel a láncot alkotó, leginkább csuklósan kapcsolt elemek és a lánckerekek fogazata közötti kényszerkapcsolat révén valósul meg. A lánchajtást kézi csigasorokban, párhuzamos tengelyek közötti erő- és mozgásátvitelben, csörlőknél, stb. használják A különböző lánctípusok a láncelemek (láncszemeknek is nevezik őket) és a lánckerékfogak alakja szerint különböznek egymástól. A görgős hajtóláncok szabványosítva vannak. A lánchajtásokat általában 10 méternél kisebb távolságú párhuzamos tengelyek közötti erő- és mozgásátvitelre alkalmazzák. A közepes sebességű lánchajtásokkal létesített módosítás általában i ≤ 8, míg lassú lánchajtások esetében ez az érték i ≤ 15. A módosítás értéke meghatározható a lánckerekek fogszámainak ( z1 és z2 ) percenkénti fordulatszámainak ( n1 és n2 ), vagy osztókörátmérőinek ( D1 és D2 ) megfelelő arányával.: z n D i= 1 = 1 = 1 z 2 n2 D2 A képlettel nyert, rendszerint nem egész számot rendszerint felkerekítjük. A láncszemeknek ily módon megállapított z0 számával a lánc L hossza: L = z0 ⋅ p A kerekítés miatt azonban az A tengelytávolság névleges értékét újra kell számítani a z1 , z2, p és L függvényében. A láncot gyakorlatilag nem lehet, de nem is szabad teljesen megfeszíteni. A lánc gyártásához mivel az fokozott kopásnak van kitéve, minőségi szénacélok ( OLC 15, OLC 20, OLC45 és OLC 50) vagy ötvözött acélok használatosak (pld 21 MoMnCr12) A 3.67 ábrán különféle típusú láncokat és lánchajtások szerkezeti alakjait mutatja be:

104

3.67 ábra: Láncok és lánchajtások szerkezeti alakjai

3.12.4. Fogaskerekek 3.12.4.1. Fogaskerékhajtás A tárcsák és kerekek csúszási lehetősége miatt a dörzskerékhajtások nem használhatók a forgómozgás egyenletes átvitelére a hajtó tengelyről a hajtottra. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy nem képesek a módosítást állandó éréken tartani. A másik hátrányuk az, hogy a nagy teljesítmények átszármaztatására sem alkalmasak. A fenti hiányosságokat a fogaskerékhajtás alkalmazása kiküszöböli. A fogaskerékhajtás tulajdonképpen egy fogaskerékpár, amelyikből a 3.68 ábra jelölései szerint az egyik kerék (1) a hajtó, a másik (2) a hajtott kerék

105

3.68 ábra: Egyenes fogazatú fogaskerékhajtás A fogaskerékhajtások kerekei, az úgynevezett fogaskerekek külső vagy belső peremükön egyenlő térközökben egyforma kiemelkedésekkel –fogakkal- illetve a fogakat elválasztó, ugyancsak egyforma fogárkokkal vannak kialakítva. Fogaskerékhajtás esetében a forgómozgás és a csavarónyomaték átvitele a két kerék fogazatainak egymásba illeszkedésével, tehát kényszerkapcsolattal valósul meg. A fogaskereke, üzem közben, egymáshoz képest legördülnek. A fogoldalak úgy vannak kialakítva, hogy a kerekek fordulatszámának az aránya állandó maradjon, tehát az i módosítás ne változzon. A kényszerkapcsolat és a fordulatszámok (n1 és n2 ), illetve a szögsebességek (ω1 és ω2 ) arányának az állandósága azt jelöli, hogy mindegyik keréken van egy hengerfelület, amelyek csúszás nélkül gördülnek le egymáson. Jelöljük a gördülőhengerek átmérőit Dr1 és Dr2 –vel. Ebben az esetben felírhatjuk a k9vetkező összefüggést: n ω D i = 1 = 1 = r1 n2 ω2 Dr 2 A kerekek közötti mozgásátvitel egyben bizonyos nagyságú Mt csavarónyomaték, L mechanikai munka és P teljesítmény átszármaztatását is megoldja. A fogaskerékhajtások alkalmazási területe változatos és széleskörű, a korszerű gépekben és berendezésekben a leggyakrabban használt hajtómű. A fogaskerékhajtás általános osztályozását a 3.3 táblázat illetve a 3.69 ábra segítségével végezhetjük:

106

Sorsz.

1.

2 3 4

5

6

A 3.70 Fogaskerék ábra elnevezés jelölése I a, b, c, d, Hengeres kerék Párhuzamos tengelyű g (a,b,c,d) fogas hajtómű Fogasléc (g) A tengelyek Egymást metsző II (e) Kúpkerék (e) helyzete szerint tengelyű Hipoidkerék (f) Térben kitérő III f, h Csiga és csigakerék tengelyű (h) A két kerék Forgásirányváltoztató a,b,d,e,f,g,h Külső fogazat forgásiránya szerint Forgásiránytartó f.h. c Belső fogazat A mozgás jellege Forgómozgástartó a,b,c,d, e Fogaskerék szerint Mozgásátalakítő f,h,g Fogasléc ((a fogaskerék a,c,e,g Egyenes fogú kerék A fogirány szerint nevének megfelelő b Ferde fogú kerék d Görbe fogú kerék a-d Hengeres kerék e-f Kúpkerék A fogazandó (a fogaskerék Csigakerék felület alakja nevének megfelelő) h szerint Más forgástestű k Nem kerek kerék A fogprofil alakja a-h Evolvens fogazatú szerint kerék Ciklois fogazatú k. Osztályozási elv

Hajtás elnevezése

3.3 táblázat: A fogaskerékhajtás és a fogaskerekek válfajai

107

3.69 ábra: A fogaskerékhajtások főbb válfajai A fogaskerék előállítására minőségi acélokat, ötvözött acélokat, öntöttvasat, sárgarezet, bronzot és különféle műanyagokat használnak. 3.12.4.2. A fogprofil alakja A fogprofilokat úgy kell kialakítani, hogy a fogaskerék hajtómű üzeme alatt a módosítás értéke állandó maradjon, ami egyben egyenletes mozgásátvitelt is jelent. A leggyakrabban használt mértani görbe a fogprofil kialakításához az evolvens. Az evolvens profilú fogaskerekeknek az az előnyük, hogy aránylag egyszerű a megmunkálásuk. Fogaskerékprofilként még az úgynevezett ciklois görbék is használatosak Az evolvens olyan síkgörbe, amelyet az Rb sugarú alapkört érintő NN egyenes C pontja ír le, miközben ez az egyenes az alapkörön csúszás nélkül legördül. Ha az egyenes egyik, vagy másik irányba gördül, két egymással szimmetrikus görbét ír le. Az egyenes két különböző C és C1 pontja által leírt ellentétes hajlású evolvensek a V pontban metszik egymást. A VO egyenes az evolvens fogprofil szimmetria tengelye. A fent említett szerkesztést 3.70 ábra segítségével szemléltetjük.

108

3.70 ábra: Evolvens fogazat fogprofiljának szerkesztése A fenti ábra segítségével felsoroljuk a helyes kapcsolódás követelményeit: - a foggörbéket úgy kell kialakítani, hogy a kapcsolódó fogprofilok bármelyik C érintkezési pontjában a foggörbék közös normálisa (NN) mindig áthaladjon az úgynevezett P főponton, amely az OO1 egyenesen fekszik. A P főpont helyzetet a 3.71 ábrán mutatjuk be

109

3.71 ábra: Párhuzamos tengelyű fogaskerekek fogainak kapcsolódása - a P főpont az A tengelytávolságot jelentő O1O2 egyenes szakaszt az O1P = Rc1 és az O2P = Rc2 egyenes szakaszokra osztja, amelyekre felírhatjuk: Rc 2 ω2 = =i Rc1 ω1 Ahol ω2 és ω1 a kerekek szögsebességei, míg i a módosítás. - állandó értékű módosítás esetén az Rc1 és Rc2 sugarú körök a fogaskerékhajtás g9rdülő köreit képezik, - evolvensprofilú kerekek esetében az érintkező fogprofilok NN közös normálisa egyúttal a két kerék Rc1 és Rc2 sugarú alapköreinek belső érintője is. - a kerekek forgása közben a fogprofilok érintkezési pontjai általában egy görbe, kapcsolóvonal nevet viselő pályát írnak le, evolvensprofil esetében a kapcsolóvonal éppen az NN egyenes. - egy-egy evolvensprofilú fogpár érintkezési pontjai által a kapcsolódás kezdetétől (K1) annak befejeztéig (K2) az NN kapcsolóegyenesen bejárt út a kapcsolóhossz: K1K2 - az evolvensprofilú fogaskerékhajtásnál az Rc1 és Rc2 sugarú alapkörök belső érintője a két alapkörnek a P főponton áthaladó közös TT érintője egymással a kapcsolószöget zárják be. - a két fogaskerék csak akkor kapcsolódhat helyesen, ha a gördülőköröken mért pr1 és pr2 fogosztásaik egyenlő nagyságúak, azaz: pr1 = pr2 = p A kapcsolódó fogaskerekek szögsebességének aránya, vagyis a módosítás csak abban az esetben tartható állandó értéken, ha egy-egy fogpár kapcsolódásának megszűntekor a következő fogpár már kapcsolódásban van. Feltétlenül fontos tehát, hogy egyidőben egyszerre több fogpár is kapcsolatban 110

legyen. Ez a feltétel abban az esetben teljesül ha a fogazat osztása kisebb, mint a kapcsolódási ívhossz. A kapcsolódási ívhossz és osztás arányát kapcsolószámnak nevezzük, és ε-al jelöljük. A jó kapcsolódás feltétele az, hogy a kapcsolószám legyen 1-nél nagyobb, ha kisebb mint egy, a fogaskerék egyenetlenül működik. 3.12.4.3. Evolvensprofilú egyenesfogú fogaskerekek Az evolvensprofilú fogazatok előnyei közül felsorolhatjuk: - az evolvensgörbe alakja csak a Db alapkörátmérőtől függ - bármilyen evolvensprofilú fogaskerék párosítható ugyanolyan alaposztású evolvensfogú kerékkel - a fogaskerekek kapcsolódása helyes marad abban az esetben is, ha az A tengelytávolság kissé eltér a névleges értéktől - az evolvensprofilú kerekek megmunkálása egyszerű szerszámokkal is lehetséges. 3.12.4.4. A fogaskerekek alapméretei A szabványos fogazatú evolvens profilú hengeres kerekek méreteinek meghatározása a szabványos fogaslécprofil alapján történik, a fogazatnak ez az úgynevezett alapprofilja tartalmazza a fogazat alapadatait: osztás, alapprofilszög, fejmagasság, alapfejhézag és fogmagasság. Ezeket az elemeket a 3.73 ábra szemlélteti. A kerék fogazatát a fogcsúcs felöl az Re sugarú, illetve De átmérőjű fejkör, a fogárok mélyén pedig az Ri sugarú, illetve Di átmérőjű lábkör határolja. A fogmagasság tehát: h = Re − Ri = 0,5(De − Di ) A fogaskerék osztókörének nevezzük azt az elméleti kört, amelyen a kerék fogazatát meghatározó és lefejtő fogaslécprofil csúszásmentesen legördül. Az osztókör kerülete kifejezhető az osztás (p) és a fogszám (z) szorzatával is: π ⋅ Dd = p ⋅ z , innen: z Dd = p ⋅

π

A z fogszám csak egész szám lehet. Ajánlott, hogy a Dd osztókörátmérő is lehetőleg egész számú milliméterekben legyen kifejezve. Ez a célkitűzés csak akkor teljesülhet, ha: p =m

π

arány is lehetőleg kerek számmal fejezhető ki. Ezt az m értéket a fogaskerék moduljának nevezzük. A modult meghatározó képlet segítségével felírhatók a következő képletek: D D p = π ⋅ d , p = π ⋅ m , Dd = m ⋅ z , m = d z z A fogaskerékhajtás i módosítása kifejezhető a két fogaskerék z1 és z2 fogszámainak fordított arányával: D D mz z i = r2 = d 2 = 2 = 2 Dr1 Dd 1 mz1 z1 Az i módosításra felírható általános összefüggés: ω n D D z i = 2 = 1 = r 2 = d 2 = 2 = állandó ω1 n2 Dr1 Dd 1 z1 Egy-egy hengeres fogas kerékpárral általában csak i <10, kúposkerékpárral i< 4...6 értékű módosítás alkalmazása ajánlott

111

3.72 ábra: Hengeres fogaskerék fogazatának elemei és alapméretei A fogaskerékpár mértani adatait a 3.73 ábra jelölései segítségével tanulmányozzuk:

112

3.73 ábra: Párhuzamos tengelyű hengeres fogaskerékpár mértani adatai A kerék fogainak az osztókör és a fejkör közé esőrésze az úgynevezett fogfej, ennek magassága az a fejmagasság. A fogaknak az osztókör és a lábkör közé eső része a fogláb, ennek jellemzője a b lábmagasság. E két méret összege a h fogmagasság. Az egyik kerék fejmagassága és a vele együtt dolgozó másik kerék lábmagassága közötti különbség a c fejhézag, ennek a nagysága: c = b – a A fejmagasság és lábmagasság szabványos mérete az m modul függvényében: a = m, illetve b =1,25 m. Ezzel: h = a + b = 2,25 m A felsorolt méretelemekkel, a fogaskerék köreinek átmérőire felírhatók a következő összefüggések: De = Dd + 2a = mz + 2m = m( z + 2 ) [mm]

[mm] Dh = Dd − 2a = mz − 2m = m( z − 2 ) [mm]

Di = Dd − 2b = mz − 2 ⋅ 1,25m = m( z − 2,25)

Egy fogaskerékhajtás két kerekének tengelytávolsága: A = Rr1 + Rr 2 = 0,5(Dr1 + Dr 2 ) Elemi fogazott kerekekből alkotott fogaskerékhajtás esetében Dr1 + Dd1, illetve? Dr2 + Dd2 Ilyenkor: D + Dr 2 Dd 1 + D d 2 A = r1 = [mm] 2 2 Figyelembe véve, hogy: Dd1 = m.z1 és Dd = m.z2, kapjuk: m( z1 + z2 ) A= [mm] 2 A fenti képlet a külső, elemi fogazatú hengeres fogaskerekű hajtásokra érvényes. A belső fogazatú hengeres fogaskerékhajtásokra a tengelytávolságot a következő képlet adja: m( z2 − z1 ) A= [mm] 2 3.12.5. Fékek A fékek a forgó tengelyek és más forgó alkatrészek fontos tartozéka. A fék vagy rögzítő funkciót lát el, vagy módosítja a forgó elem fordulatszámát szabályozó fékezéssel. A fékek működési elve a súrlódás jelenségén alapszik. A súrlódáson kívül még léteznek a közegellenálláson, a hasznos munkagép hajtásán és a villamos energián működő fékek. A súrlódó fékeket két nagy csoportba soroljuk: a). Nyitott fékek, amelyeknél a súrlódást ébresztő erő csak addig működik, amíg a fékezésre szükség van. b). Zárt fékek, amelyeknél állandóan működik a súrlódó erő, és az csak akkor szűnik meg, ha a berendezés mozgásban van. A nyitás illetve a zárás történhet emberi erővel, vagy gépi úton (hidraulikával, nyomatékkal, centrifugális erővel, pneumatikával és elektromágnessel). A mechanikai fékek feloszthatók pofás, szalagos, kúpos, tárcsás és lemezes fékekre. 3.12.5.1. Pofás fékek A pofás fékek felépítésében helyet kap a fékpofa, féktárcsa, és a működtető mechanizmus, ami lehet karos, vagy csuklós szerkezet. 113

A pofás fékek esetében egy vagy több pofát kell a féktárcsára szorítani. A 3.74 ábra különböző típusú pofásfékeket szemléltet:

3.74 ábra: Különböző típusú pofásfékek

3.12.5.1.1. Egypofás fék Egypofás fékeket kis fékező nyomaték esetében alkalmazunk.

3.75 ábra Egypofás fék A fékpofát Fn erő szorítja a féktárcsára. Ez az erő a tengelyt hajlításra veszi igénybe, és közvetve a csapágyakat terheli. A fékek szilárdsági méretezéséhez ismernünk kell a maximális fékezőnyomatékot ( Mfmax) és ennek segítségével meg kell határoznunk a fékkaron kifejtendő, Ff erőt. Forgás közben a fékpofát a tárcsára szorító Fn erő a forgással ellentétes irányú Fs = µ ⋅ Fn Nagyságú súrlódó erőt ébreszt. Ezzel a fékező nyomaték: DFs µFn D M f max = = 2 2 Innen: 114

M f max µD 2 A fékkar „A” csuklójára felírt nyomatéki egyensúlyi egyenletek: b ⋅ F f − a ⋅ Fn ± c ⋅ Fs = 0 Fn =

Ff =

a ⋅ Fn ± c ⋅ Fs 2

a ⋅ Fn ± c ⋅ µ ⋅ Fn a ± c ⋅ µ M f max = = µ⋅D 2 b 2 Abban az esetben, ha α ≤ c ⋅ µ , akkor a féknél önzárás lép fel. Ezt a tényt mindenképen el kell kerülni. Ha a 3.76 ábra szerint a csuklót áthelyezzük a c = 0 pontban akkor a fenti egyenletek lényegesen leegyszerűsödnek, és önzárás sem léphet fel. Ff =

3.76 ábra: Csuklós fék A kézi erő kifejezhető kézzel vagy lábbal, ennek megfelelően beszélünk kézi illetve lábfékről

3.77 ábra: Láb- illetve kézi fék 115

3.12.5.1.2. Kétpofás fék A féktengely hajlító igénybevételét, tehát a csapágyterhelést, amelyet az Fn erő okoz a kétpofás fék alkalmazásával elkerülhetjük. A fékpofát tartó fékkarokat a feszítőcsavart tartalmazó vonórúd köti össze, szögemelő közbeiktatásával, amely a C forgáspont körül fordul el. 3.12.5.1.3. Belsőpofás fékek (dobfékek) Azokban a szerkezetekben, ahol a fék beépítésére kevés a rendelkezésre álló hely, vagy lényeges szempont a súlymegtakarítás, belsőpofás féket alkalmaznak. A dobfék működését, illetve felépítését 3.78 ábra szemlélteti

3.78 ábra Belsőpofás fék A belsőpofás fék hőelvezetése nagyon kedvezőtlen, ezért biztosítani kell a megfelelő hűtést. A pofás fékeknél a súrlódó betét rendszerint ferrodó, amit szegecseléssel vagy ragasztással erősítik fel a fékpofára. 3.12.5.2. Tárcsafékek A tárcsafékek esetében a két darab fékpofát egymással szemben helyezve, fékhengerek segítségével szorítják neki a fékezendő tárcsának. Egy ilyen típusú féket szemléltet a 3.79 ábra. A fék a gépkocsi első kerekénél használatos, és hidraulikus működésű.

116

3.79 ábra: Gépkocsi első kerekének tárcsás fékrendszere A tárcsás fék előnyei közül megemlíthetjük: hatásosabb, mint a dobfék, gyártás technológia szempontjából előnyösebb, jobb a hőelvezetése, a kopás ellenőrzése egyszerűbb és öntisztító tulajdonsággal rendelkezik. A hátrányai közül felsorolhatjuk: kézi fékként körülményes a használata, fékezésnél kisebb fékező erő keletkezik, ezért nagy pedálerőre van szükség, ami szervofék használatát teszi szükségessé.

3.12.5.3. Pofás fék hornyos fékkoronggal

117

A féktárcsán ébredő súrlódó erő tovább fokozható, ha a tárcsát hornyosra alakítjuk. Az ékhorony , látszólag megnöveli a súrlódási tényezőt, µ = µ / sinβ . A fékezőerő meghatározását a 3.80 ábra segítségével végezzük:

3.80 ábra: A fékezőerő meghatározásához szükséges mértani elemek Az indulás pillanatában az ék beszorításához szükséges erő: Fn = Fn (sin β + µ cos β ) 2 Fn = 2 Fn (sin β + µ cos β ) =

2 M f max

µD

⋅ (sin β + µ cos β )

Már bekapcsolt állapotban: Fn =

2 M f max

µD

⋅ sin β

3.12.5.4. Szalagfékek A szalagfékek tartozéka a féktárcsa, rugalmas hajlékony acélszalag és a működtető mechanizmus. A rugalmas acélszalag két vége egy csuklópont körül elfordítható kar két pontjához van rögzítve. A kar végén kifejtett, Ff fékezőerő segítségével rászorítjuk a tárcsára az acélszalagot. 3.12.5.4.1. Különbözeti (differenciál) szalagfék A különbözeti (differenciál) szalagfék elvi felépítését 3.81 ábra segítségével szemléltetjük:

118

3.81 ábra: Különbözeti (differenciál) szalagfék A fékkar csuklópontjára felírhatjuk a következő összefüggést: a 2 M f max a1 (2 M f maxε ) F f ⋅ b = a2 ⋅ Ft 2 − a1 ⋅ Ft1 = 2 − D (ε − 1) D(ε − 1) Az Mfmax létrehozásához szükséges Ff fékező erő értékét a következő képlet segítségével határozzuk meg: 2 M f max F f = (a2 − a1 )ε ⋅ 2b ⋅ (ε − 1) Abban az esetben ha: a2 ≤ a1 ε, a jelölt forgásirányban a fék önzáró lesz, 3.12.5.4.2. Egyszerű szalagfék Egyszerű szalagféket úgy kapunk, hogy a különbözeti szalagfék a1 karját nullára csökkentjük. A fékezőerő meghatározásához az előbbi képletben bevezetjük az a2= a jelölést: a ⋅ 2 M f max Ff = ⋅D 2b ⋅ (ε − 1) 3.12.5.4.3. Összeg-szalagfék Összeg-szalagféket úgy kapunk, hogy a szalagfék mindkét végét úgy kapcsoljuk a fékkarhoz, hogy a fékezőerővel ellentétes irányú nyomaték keletkezzen. A fékezőerő értéke ebben az esetben: 2 M f max F f = (a2 + a1 )ε ⋅ ⋅D b(ε − 1)

3.12.5.5. Kúpos és lemezes fékek

119

A két féktípus ábrázolásából kitűnik, hogy ezek a mechanikus fékfajták úgy felépítésükben, mint működésükben nagyon hasonlítanak az általunk már ismert dörzskapcsolókhoz.

3.82 ábra: Kúpos fék

3.83 ábra: Lemezes fék

3.12.6. Csővezetékek és csőszerelvények A csővezetékek és csőszerelvények illetve tartályok a gépek, ipari és közszolgáltatási berendezések tartozékai, amelyekben különféle cseppfolyós és gáznemű anyagokat szállítanak, illetve tárolnak. Egyes esetekben, például a malomipar esetében szilárd halmazállapotú anyagok szállítására is használatosak a csővezetékek. A cseppfolyós és gáznemű anyagok tárolására zárt tartályokat használnak. A csővezetékeket megfelelő kötőelemekkel illesztik össze Ilyenek a csőkötések, csőidomok, terjeszkedési kiegyenlítők, stb. 120

A tartályokat, csővezetékeket és összekötő elemeiket ellátják csőszerelvényeknek nevezett tartozékokkal, mint: csapok, szelepek, tolózárak, biztosítószelepek, stb. A szerelvényekkel szembeni elvárások a következők: tömítőképesség, ellenálló képesség, kopás és korrózióállékonyság és egyszerű cserélhetőség. A felsorolt részek együtt csőrendszert, vagy csőhálózatot képeznek. 3.12.6.1. Folyadék és gáztárolók A folyadék- illetve gáztárolásra nagyon változatos alakú tartályok és ipari berendezések használatosak. Ebbe a csoportba soroljuk az erő- és munkagépek nyomás alatti hengerei is. A tartályok illetve hengerek anyagai öntöttvasak, öntöttacélok. A nagyobb méretű tartályokat, edényeket hegesztéssel állítják elő, melegen hengerelt acéllemezből. A tartályok kellékei a be- és kivezető csőcsatlakozások, folyadékszínt és nyomásjelző készülékek, túlfolyók, biztonsági berendezések, melegítő berendezések, stb. A tartályok lehetnek tömített kivitelű nyitott, légköri nyomású, vagy zárt, nyomás alatti edények. A legtöbb tartály a környezet hőmérsékletét veszi fel. A tartályok egy külön csoportja a nagynyomású tartályok. Ilyenek a hordozható aragáz- és oxigénpalackok, vagy a nyugvó kazántestek, mint amilyenek a vegyipari és élelmiszeripari tartályok. A tartályok nagyon változatos méretűek és alakúak. Legelterjedtebbek a körhenger alakúak, amelyeknek helyzete lehet álló vagy fekvő. Használatosak még az elliptikus szelvényűek (benzin vagy tejszállító tartályok) és a gömb alakúak (ilyenek a vegyipar nagynyomású tartályai) 3.12.6.2. Csővezetékek és csövek A csővezetékek vékonyfalú acél- öntöttvas-, réz-, alumínium- vagy műanyagcsövekből. A csövek kialakítása olyan kell legyen, ami a folyadékok, gázok és porszerű anyagok áramlását lehetővé teszi. A legtöbb esetben körgyűrű keresztmetszetű csöveket használunk, A nagy nyomású közeggel terhelt csöveket húzással vagy hengereléssel állítják elő, míg az alacsony nyomásra szánt csöveket hajlított acéllemezből, hegesztéssel is készíthetik. A csövek anyaga OLT 32...OLT 65 és OAT 1...OAT 5 jelzésű acélok. A csatornacsövek szintén folyadékok elszállítására szolgálnak, ezek viszonylag nagyobb átmérőjűek, ezért rövidebb darabokban, és főleg öntéssel állítják elé őket. 3.12.6.2.1. A csővezetékek hőkiterjedése Nagyon fontos figyelembe venni a tág hőmérsékleti határok között működő csövek hő okozta kiterjedését (összehúzódását) Ha a csővezetéket egyenes, merev darabokból építenénk fel, és két el nem mozduló részt kötne össze, a hő okozta tágulás a támpontok széjjelfeszítését, illetve a csővezeték kihajlását vagy törését okozná. A fenti ok miatt a hosszú csővezetékek mentén, egymástól megfelelő távolságra csőkiegyenlítő elemeket építenek a rendszerbe. Ezeket az elemeket a 3.84 ábrán szemléltetjük:

121

(a- U alakú csőkiegyenlítő, b- köríves csőkiegyenlítő, c- lencsés csőkiegyenlítő) 3.84 ábra: Csőkiegyenlítő elemek

3.12.6.2.2. Csőkötések A karimás kötések a legelterjedtebb oldható csők9tések, nagy nyomású csővezetékek esetében kizárólagosan csak ezeket használják. A karimás csőkötéseket szabványosították a névleges átmérő (D), és a névleges nyomás (pn) függvényében. A 3.85 ábra a fontosabb karimatípusokat szemlélteti:

3.85 ábra: Csőkarimák Leggyakoribb a cső végére hegesztéssel rögzített sima karima (3.86.a ábra). Ez a szerkezet egyszerűsége, és alacsony ára miatt elterjedt. Az összeillesztendő csővégekre hegesztett karimákat csavarral illesztik egymáshoz. A kiugrásos, vagy munkagyűrűs karimák (3.85. b ábra) jobb tömítést biztosítanak, mert a tömítőgyűrű kisebb felületére a rögzítő csavarok ugyanakkora rögzítő erővel, sokkal nagyobb nyomást fejtenek ki. A ki- és beugrásos karimák (3.85.c ábra) nagy nyomású csővezetékek összekötésére használatosak, ugyanis a beugrási horonyban elhelyezett tömítőgyűrű a másik karima kiugró peremének nyomása alatt a tömítő helyről nem szorulhat ki. A szorítócsavarokat a tömítő gyűrűkhöz közel kell elhelyezni. A laza karimák az összekapcsolandó csövek végein kialakított peremekre támaszkodva létesítik a csőkötést. (3.85.d ábra). Főleg vörösréz-, sárgaréz- és alumínium csövek kötésére használatos. A kiperemezett részek a tömítést is biztosíthatják. A menetes karimák csavarmenettel rögzítődnek a külső menettel kialakított csővégekre. A tömítést úgy oldják meg, hogy a karimák menetes nyakrésze rendszerint vastagabb, mint a pereme. Az öntöttvas csövek végei szintén karimákkal kapcsolhatók egybe. 122

Tokos csőkötések kisnyomású csővezetékeknél alkalmazhatók. Az ilyen összeillesztésnél a cső egyik vége le van vágva, és egyszerűen a másik cső kitágított végébe, a tokba van illesztve. 3.12.6.2.3. Csőidomok A csővezetékek bővítéseit, görbületeit, elágazásait idomdarabok beiktatásával végzik.

3.86 ábra: Csőidomok A csőidomok szerepe a következő: - ugyanolyan átmérőjű csövek összekapcsolása - különböző átmérőjű csövek kötése - csővezeték irányváltozása - leágazások létesítése. 3.12.6.2.4. Csőszerelvények A csőszerelvények a következő szerepeket töltik be: - a folyadék- vagy gázáramlás elzárása vagy nyitása - az áramló folyadék vagy gáz mennyiségének, vagy nyomásának szabályozása 3.12.6.2.4.1. Közönséges csőszerelvények A közönséges csőszerelvények a zárást nyitást, illetve szabályozást szolgáló szerelvények. A folyadékáramlást szabályozó gépelemek közül legelterjedtebb elemek a szelepek. A nyitást illetve zárást a szeleptányérnak a szelepülésre való szorítása illetve az inneni eltolása oldja meg.

123

3.87 ábra: Szelepek

Csapok. A nyitás és a zárás a csapházban kúposan illesztett zárótest megfelelő elforgatásával oldható meg. A becsiszolt illesztés nagyon jó tömítést biztosít. A 3.88 ábrán egy csap felépítését szemléltetjük

3.88 ábra: Csapok

3.12.6.2.4.2. Különleges csőszerelvények Ebbe a csoportba tartoznak a tartályokban és a csővezetékekben levő cseppfolyós, vagy légnemű közegek állapotjelző adatait kimutató készülékek és berendezések, valamint a berendezések védelmét szolgáló biztonsági szerelvények. Ilyenek a túlnyomást elhárító biztonsági szelepek. 3.15. Emelő és szállító berendezések A szerelési folyamat során az anyagokat, eszközöket, berendezéseket szállítani kell. 124

Amennyiben az anyagokat függőleges síkban mozdítják el emelőkészülékről, beszélünk, ha az anyagmozgatás vízszintes síkban történik, a berendezés szállítóberendezés nevet viseli. Nagyon sokféle emelő és szállítóberendezés használatos. Osztályozásukat a következő ábra szemlélteti: Az emelő és szállító berendezéseket két nagy csoportba osszuk: - emelő berendezések - szállító berendezése. Az emelő berendezések négy csoportba sorolhatók: - emelő mechanizmusok - daruk - híddaruk - liftek (felvonók) A szállító berendezéseket működésük szerint két csoportba sorolják: - folytonos szállítású berendezések - adagokban szállító berendezések. 3.15.1. Az emelő- és szállítóberendezések alkotó elemei 3.15.1.1. Hajlékony elemek a). Kötelek A köteleket a kézi működtetésű emelő mechanizmusok esetében, illetve kis terhek kötözésére és felfüggesztésére használják. Tilos a kötelek használata gépi meghajtású berendezések esetében. A kötelek természetes anyagból (kender) vagy műanyagokból készülnek. Három-négy kötegből vannak összefogva, a köteg ugyancsak több szálból van jobbra, vagy balra összesodorva. b). Sodronykötelek A legelterjedtebb hajlékony elemei az emelő és szállító berendezéseknek, előnyük a biztonságos működésük, kicsi az önsúlyuk, zaj nélkül működnek és bírják a lökésszerű igénybevételeket. Biztonságuk abból adódik, hogy nem egyből szakadnak el, hanem lassan, a külső szálak kopása mentén. Hátrányként megemlíthető a nagyon gyors kopásuk. A sodronykötelek több köteg, egy központi magnak nevezett résznek a fonásával készülnek. A köteg kereszmetszete lehet kör vagy más formájú. A mag anyaga lehet: - növényi eredetű: gyapot, kender, stb. - szintetikus szál: nylon, kapron, stb. - ásványi anyag: azbeszt - fém: ugyanolyan vegyi összetételű, mint a köteg anyaga. A következő ábra néhány sodronykötél keresztmetszetet szemléltet.

125

3.89 ábra: Sodronykötél keresztmetszetek

c). Láncok Az emelő- és szállítóberendezések felépítésében kétfajta láncot használunk: hegesztett, illetve csuklós láncot A hegesztett láncok hegesztett ovális szemekből épülnek fel, amelyeket fej a fejhez hegesztéssel illesztenek össze. Attól függően, hogy mekkora a láncszem hossza,(p), és a drót átmérője (d), létezik: - hosszú szemű lánc: p > 3d - rövid szemű lánc: p < 3d A következő ábra egy hegesztett szemű láncot mutat be:

hegesztés

3.90 ábra: Hegesztett szemű lánc

A hegesztett szemű láncot emelő szerkezeteknél használják, míg a csuklós szemű láncok a szállító berendezés elemei. A csuklós láncszem több, hevedernek nevezett lemezkéből épül fel, amelyeket csapszeggel fognak össze. Ezek a láncok kevésbé hajlékonyak, mint a hegesztett szemű láncok, azonban biztonságosabb az üzemük.

3.91 ábra: Csuklós lánc

3.15.1.2. A hajlékony elemek rögzítésére szolgáló gépelemek A hajlékony elemek végeit a teherhez általában horog segítségével kapcsolják. A következő ábrán bemutatunk néhány olyan megoldást, amely segítségével a horgot a kötél végéhez csatoljuk:

126

3.92 ábra: Hajlékony elemek rögzítésére szolgáló gépelemek

3.15.1.3. Vezető és hajtó elemek A legfontosabb vezető és hajtó gépelemek a csévék és görgők. A csévéknek az a szerepük, hogy rájuk tekeredjék a hajlékony elem (lánc, kötél) emelés közben. A csévék lehetnek egyszerűek vagy duplák, anyaguk öntvény, acél, vagy hegesztett szerkezet. A következő ábrán bemutatunk egy egyszerű és egy dupla csévét.

Persely

spirális sánc

balra dőlt sánc

Jobbra dőlt sánc 3.93 ábra: Egyszerű és dupla cséve A görgőket sodronykötelek, vagy lánc megvezetésére használják. Az alábbiakban bemutatunk egy sodronykötelet megvezető csigát, és egy, lánc megvezetésére szolgáló lánckereket.

sodronykötél

3.94 ábra: Sodronykötelet megvezető csiga és lánc megvezetésére szolgáló lánckerék. A lánckerék anyaga acél, vagy öntöttvas. 3.15.1.4. Elmozdulást szolgáló elemek A szállító. És emelő berendezésekben sok olyan gépelem található, amelyek egymáshoz képest elmozdulnak, sőt, néha az egész berendezés elmozdul az épülethez képest. 127

A következő ábrák néhány, az elmozdulást szolgáló kereket szemléltetnek. A kerekek síneken mozognak. A sínek keresztmetszete lehet téglalap, négyzet, vagy vasúti sín keresztmetszetű alakú.

3.95 ábra: Elmozdulást szolgáló kerekek A gépgyártó iparban gyakran használják a felfüggesztett síneket, amely I, L, vagy T idomvasból készülnek Attól függően, hogy milyen terhet emelünk, a teherfelfüggesztő elemek lehetnek: - egyéni terhek számára horgok, hajlékony elemek, fogókészülékek, stb. - ömlesztett anyagoknak: kotró- és markológépek. A horgok lehetnek egyszerűek és összetettek, és biztonsági rendszerrel ellátottak a kötél vagy sodronykötél kicsúszása ellen. A következő ábra néhány horogtípust szemléltet:

Menettel ellátott rúd

hurok

3.96 ábra: Horogtípusok A következő ábra gépelemei: fogóhuzal (a. ábra), fogólánc (b. ábra) és poliészter alapú szalagok fogáshoz (c. ábra).

a

b

c

a-fogóhuzal, b- fogólánc, c- poliészter alapú szalagok 128

3.97 ábra: Fogásra szolgáló gépelemek

4. Fejezet Villamosmérnöki alapismeretek 4.1. Villamos kapcsolókészülékek A villamos kapcsolókészülékek fő feladata az áramkörök be-és/vagy kikapcsolása, emiatt a kapcsolókészülékek főleg a villamos energia-elosztó hálózatban jutnak fontos szerephez. A kapcsolókészülékek megkülönböztetése több szempont alapján történhet. Az egyik fontos szempont a névleges feszültség. Ez alapján léteznek kis (Un < 1kV), és nagyfeszültségű készülékek (Un >1 kV, pl. 12, 24...787 kV). Ebben a jegyzetben a kisfeszültségű készülékek kerülnek bemutatásra. A működtetési módjuk, illetve a működési elvük szerint a következő csoportosításuk lehetséges: - mechanikus készülékek - hő-kapcsolók - mágneskapcsolók - félvezetős készülékek A kapcsolókészülékek kiválasztásakor figyelembe kell venni az áramkör névleges jellemzőit (feszültség, áramerősség, teljesítmény). A névleges mennyiségeken kívül figyelembe kell venni a tranziens (átmeneti) folyamatok hatását is. A kapcsolókészülékek be- és kikapcsolása során villamos, melegedési és mechanikai tranziens (átmeneti) folyamatok zajlanak le. Ezek folyamatok a készülékre és a villamos berendezésre nézve veszélyes igénybevételeket jelentenek, mert meghaladják a névleges üzemi értékeket. A tranziens igénybevételeket nagymértékben befolyásolja, sőt a kapcsolókészülékek működésére lényeges hatással van és külön termikus igénybevételt jelent a.- főként csak kikapcsoláskor fellépő - villamos ív. Az áramkörök ki és bekapcsolásakor keletkező tranziens folyamatok során keletkező feszültség és áramerősség változásai: függnek az áramkör betáplálási feszültségétől (egyen, vagy váltófeszültség) és a fogyasztó jellegétől (induktív, vagy kapacitív). Például az induktív jellegű fogyasztók esetében az áramkör kikapcsolásakor feszültségugrás keletkezik. A feszültségugrás értékét a következő arány határozza meg: : L/R, ahol L az induktivítás, és R az ellenállás. Az elektromos ív kialakúlásának szempontjábol fontos ismerni az áram és a feszültségugrás kifejezéseit 4.1.1. Villamos ív A félvezetős és az igen kisfeszültségű kapcsolókészülékek kivételével kikapcsoláskor mindig fellép a villamos ív, a gázkisülések egyik fajtája, amelyre az jellemző, hogy keletkezésében, fennmaradásában és jellegzetességeiben a termikus ionozási folyamatok a villamos ionozási folyamatoknál sokkal nagyobb szerepet játszanak. Az ív, mint nagyhőmérsékletű vezetőképes ionizált gáz (plazma), kisméretű talppontban végződik az elektródáknál. Az ív ohmos jellegű nemlineáris áramköri elem, ellenállása függ az átfolyó áram nagyságától, annak a változási sebességétől, továbbá más paraméterektől, mint ívhossz, nyomás, stb. A következő ábra az ív stacionáris jelleggörbéi közül az ívfeszültség (ÍV) - íváram (I) jelleggörbét ismerteti:

129

4.1 ábra: Az ívfeszültség - íváram jelleggörbe Megfigyelhető, hogy növekvő áramhoz csökkenő feszültségértékek tartoznak. Ennek az a magyarázata, hogy a nagyobb áram nagyobb h ő fejl ő déssel és ionizációval, tehát nagyobb vezetőképességgel jár együtt. Az is észrevehető az ábrán, hogy az ív feszültsége nő az l ívhosszúság növelésével, de ugyanakkor növekedik a a p nyomás növelésével is. A kapcsolókészülékek esetében fontos az elektromos ív gyors és végleges megszakítása. Az ívkioltó berendezések alkalmazásához ismerni kell, hogy milyen tényezők befolyásolják az elektromos ívet. Ezek a tényezők a következők: az ívhosszúság, nyomás, az érintkezők közötti közeg minősége és az érintkezők kapcsolási sebessége. Váltakozó feszültségű betápláláskor a kikapcsolási ív paramétereinek változása miatt az íven átfolyó áram változik. Az íven az áram változó sebességgel folyik át. A váltakozó áramú ív a feszültség és áram közös nulla-átmeneteiben kialszik, majd polaritásváltás után újragyullad. Tehát ebben az esetben az ív, újragyulladását kell megakadályozni. Azt kell meghatározni, hogy a nyitott érintkez ő k között fellép ő feszültség eléri-e, vagy nem az átütési feszültséget. Sikertelen esetben, az ismétlődő újragyújtások miatt az ív egyre növekvő energiája főként a kapcsolókészüléket veszi igénybe, és annak tönkremenetelét is okozhatja. Bizonyos esetekben a megszakítás utáni sorozatos újragyújtások során az érintkez ők közötti feszültség olymértékben megnövekedhet, hogy az a hálózat egyéb villamos berendezéseiben is átütéshez és zárlathoz vezethet. 4.1.2. Ívoltó berendezések A kisfeszültségű kapcsoló-berendezésekben az ív kioltása a szabad levegőben történik (eltérően a nagyfeszültségű szerkezetektől, ahol ívoltó közeget kell alkalmazni). Az oltás első szakaszában gyorsan megnöveljük az ívfeszültséget, mert a növekedés sebességével és mértékével arányosan csökkennek az ív újragyulladásának esélyei. Az ívoltás második szakaszában azzal akadályozható meg az újragyújtás, hogy az érintkezők közötti visszaszökő feszültség nagyságát csökkentik, úgy hogy annak értéke ne érje el az újragyújtó feszültséget. Kisebb áramok megszakítására nem szükséges külön ívoltó szerkezet, mert az ív hossza és feszültsége az elektrodinamikus erő hatására (az áramhurok tágul) gyorsan növekszik és az optimális távolságú elektródaközben nem gyullad újra. Nagyobb áramok esetén az ívoltó szerkezet az ív hosszának a növelését az ív szakaszolásával éri el (deionlemezes oltókamra). Az ív elektrodinamikus erő hatására jut be az oltókamra fémből készült lemezei közé, és ott részekre szakad, ezáltal sorbakapcsolt ívek jönnek létre. Ha a lemezek ferromágneses anyagból (pl. vasból) készülnek, vonzóerő keletkezik, amely az ívet a kamrába húzza. További többlethatás, hogy a lemezek hatásosan hűtik az ív talppontjait és deionizálják a közöttük lévő rövid íveket.

4.2 ábra: Ívoltó berendezések 130

4.1.3. Érintkezők Az érintkezők a villamos kapcsoló-készülékek, s ő t általában a villamos berendezések fontos elemei. Helytelen kialakításuk, kezelésük könnyen üzemzavart okozhat, mert ezek a szerkezeti elemek teszik lehetővé, hogy a vezetők között az áramvezetés létrejöjjön. Az egymással érintkező két fémfelület nem teljesen sima, így az érintkezés nem valósul meg a teljes fémfelületen. Az áram csak az érintkezési "pontokon" tud áthaladni, ahol az áramszálak összesűrűsödnek. Ezek az áram szűkületek ellenállás növekedéshez vezetnek, mert az áramnak hosszabb úton és kisebb keresztmetszeten kell áthaladnia. Az ebből származó ellenállás-növekedést szűkületi ellenállásnak (Rsz) nevezzük. Az említett érintkezési pontok sem biztosítanak tisztán fémes érintkezést, mert a fémes felületeket egy vékony, általában oxidokból, szulfidokból, stb. álló hártya borítja, melyből származó ellenállás-növekedést hártyaellenállásnak (Rh) nevezik. . A teljes érintkezési ellenállás tehát két tagból áll: Rá= Rsz+ Rh. Az átmeneti ellenállás értéke függ az összenyomó erőtől a következő összefüggés szerint:

R

a

=

c

(0,1F )

K

A c egy állandó, amelynek értéke a vezetők anyagától és állapotától függ (pl. oxidtól megtisztított réz-rézérintkezők között c~ 0.0001), továbbá a k értékét elsősorban az érintkező felületek alakja befolyásolja (gömb és síkfelületek közötti érintkezés esetén k = 0,5). Az érintkezés áramszűkülete koncentrált hőforrásként viselkedik. A keletkezett hő a legmagasabb hőmérsékletű érintkezési pontoktól h ő vezetéssel távozik a szűkület hidegebb részei felé. A hőfejlődés, különösen zárlati áram hatására, olyan mértékű is lehet, hogy az érintkezési pontok megolvadhatnak és összehegedhetnek, ami záró-nyitó érintkezőknél súlyos problémát okoz, mert megakadályozza az érintkezők nyitását. Az a hegedési határáram (Iheg), amelynél nagyobb áram már hegedést okoz, nyilvánvalóan függ az érintkezők átmeneti ellenállásától, tehát az azokat összenyomó erőtől. A villamos készülékekben használt érintkezőknek a következő típusai léteznek: rögzített, mozgó és csúszó érintkezők. Az 4.3. ábra néhány érintkezőtípust szemléltet:

a

b

c

4.3 ábra: Érintkező típusok: a- rögzített érintkező, b- mozgó érintkező c- csúszó érintkező

4.1.4 Kézi vezérlésű kapcsolókészülékek 4.1.4.1. Villásdugasz, dugaszaljzat A különböző hordozható hálózati elemek összekapcsolására alkalmazzák őket. Nem tartalmaznak védelmi, mérő, vagy szabályozó elemeket. Kézi működtetésűek. Terhelés alatt (a fogyasztó működése közben) tilos az össze- vagy szétkapcsolásuk. A tápfeszültség szerint lehetnek három, 131

vagy egyfázisosak. Felépítés szerint több típusuk létezik. ismertek a süllyesztett, vagy felületreszerelt változatok, valamint a földeléses, vagy földelés nélküliek. Kiválasztásuk a következő szempontok alapján történik: a tápfeszültség értéke, áramerősség értéke, a működési környezet, (például a robbanásveszélyes környezetben nem használhatunk nyitott felépítésű eszközt) stb.

4. 4 ábra: Villásdugasz

4.5 ábra: Dugaszaljzat

4.1.4.2. Nyomógomb A nyomógombok kisfeszültségű kapcsolók. Egy csap haladó mozgású (többnyire nyomó irányú) elmozdításának hatására két helyen nyitják és zárják az érintkezőiket. Tartalmaznak nyiló és zárodóérintkezőket. A villamos berendezésekben a készülékek vezérlésére használják. A belső felépítésüket és néhány típusukat a következő ábrák ismertetik: .

4.6 ábra: Nyomógomb típusok

4.7 ábra: Nyomógomb felépítése

4.1.4.3. Billenőkapcsolók Leginkább világítási kapcsolóként használatosak. 220V-os üzemfeszültségre és 10, 16 A-os áramerősségekre szokták gyártani ezeket az elemeket.

4.8.ábra: Billenőkapcsoló működési elve

4.1.4.4. Késes kapcsolók Alacsonyfeszültségű áramkörökben az áramkör kézi ki és bekapcsolására használják. Műszertáblákban főkapcsolóként működnek. Alkalmazhatják egyen- és váltóáramban is. Általában

132

hárompólusú változatban gyártják őket. Egy késes kapcsoló belső felépítési rajza a mellékelt ábrán látható.

3.9 ábra: Késes kapcsolók

4.1.4.5. Bütyköskapcsolók Nagyobb áramokat is kapcsolhatunk a forgó kapcsolók csoportjába tartozó bütykös vagy görgős kapcsolókkal, különösen, ha azok ívoltószerkezettel (pl. deionlemezes oltókamrával) vannak felszerelve. A kapcsoló kézzel forgatható négyzetkeresztmetszetű tengelyére felfűzhető érintkező kamrákból építhető fel, ezáltal alkalmassá téve a kapcsolót különféle vezérlési feladatok ellátására. A vezérlő, jelző, világítási áramkörök be- és kikapcsolására és a kisteljesítményű villamos motorok működtetésére használják. Sok típusa létezik, úgy mint: megszakító-kapcsoló, méréshatár átváltó-kapcsoló, pólusváltó kapcsoló, csillag-háromszög átváltó-kapcsoló, irányváltó kapcsoló, stb.

4.10 ábra: Bütyköskapcsoló váltószerkezete: 1 – bütyök; 2 – tárcsa; 3 – tengely; 4 – rugó;

4.11 ábra: Bütyköskapcsoló típus

4.1.4.6. Kamrás kapcsolók A forgó kapcsolók csoportjába tartoznak. A kapcsoló házát egymáshoz szorított peremes szigetelőtárcsák képezik, amelyek zárt kapcsolókamrákat alkotnak. Ezekbe a kamrákba nyúlnak be az álló érintkező kései, amelyek külső végei egyúttal csatlakozókapcsokként szolgálnak. A villamos 133

összeköttetéseket a végigmenő tengelyre szigetelten felfűzött érintkezőhídak végzik. Ezzel a típusú kapcsolóval nagyon sokféle kapcsolási kombináció valósítható meg a kamrák számának és az érintkező hidaknak a megfelelő kiválasztásával.

4.11.ábra: Kamráskapcsoló működési elve

4.1.4.7. Mágneskapcsolók (kontaktorok) A kontaktorokat nem kézzel, hanem általában elektromágnessel működtetik, tehát ezek távműködtetésre alkalmasak. Az elektromágneses működtetésű kontaktorokat nevezik mágneskapcsolóknak. Különleges tulajdonságuk közé sorolható az, hogy egy nyugalmi helyzetük van, amely a főérintkezők nyitott helyzete, valamint a gyakori m ű ködtetés (100... 1200 kapcsolás/óra), továbbá az igen nagy mechanikai és villamos élettartam (105 ...107 kapcsolás). Az alábbi ábrán bemutatott szerkezeti vázlaton megfigyelhető, hogy a három fázis mozgó főérintkezői (1) az érintkező rugók (2) közvetítésével csatlakoznak az érintkezőtartó hídhoz (3), amely a húzómágnes mozgórészével (4) van összekötve. A főérintkezőket a kikapcsoló rugó (5) tartja (az ábra szerinti) nyitott helyzetben, amely a nyugalmi helyzet. A mágnes a rákapcsolt váltakozó feszültség hatására meghúz, a főérintkezők záródnak, és mindaddig zárva maradnak, amíg a feszültség fennáll. A híd elmozdulásának hatására nyitnak vagy zárnak a segédérintkez ők (6), amelyek nyomócsapos kapcsolók. Az ábrán két megszakítási helyű főérintkezők szerepelnek. Nagyobb áramok megszakítása esetén a növelik a megszakítási helyek számát, illetve deionlemezes oltókamrát használnak. A váltakozó áramú kontaktorok a névleges feszültségükön kívül a be- és kikapcsoláskor fellépő áram nagysága és az áramkör teljesítménytényezője (cosφ) alapján is jellemezhetők, és úgynevezett alkalmazási csoportokba sorolhatók. A mágneskapcsolók legszélesebb alkalmazási területe a villamos motorok kapcsolása.

4.12. ábra: Szerkezeti vázlat:1- mozgó főérintkezők, 2- rugók,

4.13 ábra: 1 lemezekből

4.14 ábra: Kontaktor 134

3- érintkezőtartó híd, 4- húzómágnes mozgórésze, 5- kikapcsoló rugó, 6segédérintkez ők

készült vasmag, 2rövidrezárt menet

típus

4.1.4.8. Véghelyzetkapcsolók A véghelyzetkapcsolókat az automatizálási berendezésekben, a mozgásban levő elemek útjának a korlátozására használják. Tartalmaznak egy normál nyitott és egy normál zárt érintkezőt, ezek vezérlése a gomb megnyomásával történik

4.15 ábra: Véghelyzetkapcsoló

4.1.4.9. Relék, kioldók A reléket és a kioldókat különálló készülékként, vagy egy másik készülék (pl. megszakító) cserélhető szerkezeti egységeként vagy annak beépített elemeként is alkalmazhatják. A relék és kioldók akkor működnek, ha az általuk érzékelt villamos mennyiség (áram, feszültség, impedancia stb.) egy adott értéket elér. Mindkét készülékfajta tehát villamos bemenettel rendelkezik, eltérés a kimeneti oldalon jelentkezik. A reléknek a kimenete is villamos, mert érintkezőket zárnak vagy nyitnak, a kioldók viszont mechanikus kimenetükkel zárszerkezeteket működtetnek. Működési elvük és szerkezeti kialakításuk szerint elektromechanikus (elektromágneses, ikerfémes stb.) illetve elektronikus reléket és kioldókat különböztethetünk meg. - időrelé: Automatizálási áramkörökben alkalmazzák. A beállított időzítés szerint be, vagy kikapcsolják az áramköri elemek betáplálását. A felépítésük alapján lehetnek mechanikusak, elektromechanikusa, vagy elektronikusak. - elektromágneses relék: M ű ködtet ő elemként egy elektromágnest tartalmaz. M ű ködéskor az elektromágnes vasmagja elmozdul és m ű ködteti a relé érintkez ő it (nyiló és zárodó érintkez ő ket). A m ű ködtet ő jel alapján megkülönböztethet ők áram és feszültség relék (impedancia, stb.). Egy áramrelé akkor lép m ű ködésbe, amikor az érzékelt áramerő sség (a tekercsen áthaladó áramerő sség) egy meghatározott érték alá csökken, vagy növekedik. - ikerfémes relé: Az áramkörök védelmére használt készülékek. Általában a motorvezérlési áramkörökben alkalmazzák, mint védelmi elem. Túlterheléskor védik az áramkört. Túlterheléskor megnövekedik az áramerő sség értéke. Ha tartósan megmarad ez az állapot, akkor szükséges az áramkör kikapcsolása. Egy ikerfémes relé bels ő szerkezete a következ ő ábrán látható:

135

4.16 ábra: Hőrelé belső szerkezete: 1-bakelit váz, 2-hálózati csatlakoztató, 3-újraindító gomb, árambeállító, 4-működtető szerkezet, 5-segédmegszakító, 6-ikerfém, 7-mozgástovábbító mechanikai szerkezet, 8-érzékenység beállító, 9-segédérintkezők kivezetése

4.17 ábra: Hőrelé típus

Ezeknek a reléknek a legfontosabb elemük az ikerfém, amely hőmérsékletváltozás hatására alakját (görbületét) megváltoztatja, és erőhatást fejt ki, ezáltal működteti a relé érintkezőit. Az ikerfémet két, egymástól minél nagyobb mértékben különböző hőtágulási együtthatóval rendelkező fémből készült lemez összehengerlésével állítják elő. Ha az l hosszúságú és v vastagságú ikerfém hőmérséklete τ0 -ról τ1 értékűre növekszik, akkor a nagyobb hőtágulású fém jobban megnyúlik, és az ikerfém elgörbül. Az egyik végén befogott ikerfém a mű ködés során elő ször szabadon lehajlik. Lehajlása tehát a hőmérsékletkülönbséggel arányos. Ezután az ikerfém vége nem hajlik tovább, mert egy zárószerkezet azt megakadályozza, de erőhatást fejt ki további hőmérsékletnövekedés hatására, a hőmérsékletkülönbséggel arányosan. 4.18 ábra: Ikerfém relé Az ikerfémes m ű ködtet ő közvetlenül is érzékelheti a h ő mérséklet megváltozását, de a villamos berendezéseknek (gépeknek, vezetékeknek stb.) az áramával, vagy azzal arányos árammal fűtött ikerfémes túlterhelés elleni közvetett védelem is megvalósítható. Ebben az utóbbi esetben az árammal fűtött ikerfém lassú melegedéséről van szó. A védendő berendezés melegedése arányos annak áramával, de ugyanezzel arányos az ikerfém melegedése, lehajlása és erőhatása is. Ha az ikerfém melegedése eléri a τt kioldási értéket, az ikerfém egy zárószerkezet kioldásával közvetve vagy közvetlenül lekapcsolja a berendezést. Az ábrán látható, hogy az Ih határáram esetén végtelen idő múlva következik be a kioldás. Ennél nagyobb áramok (I1 és I2 ) felléptekor azonban már véges, az áram növekedésével csökkenő kioldási idő alatt (t1>t2) működik a védelem. Az ikerfémes működtetők névleges árama alig kisebb a határáramnál, tehát azzal közel azonosnak vehető (In ≈ Ih). 136

4.19 ábra: τt-t diagramma

4.1.4.10. Automata megszakító A megszakítók fő feladata a zárlati áramok megszakítása, de azok bekapcsolására és meghatározott ideig való vezetésére is alkalmasnak kell lenniük. Ezen feladatokat a túlterhelési és az üzemi (a névleges vagy annál kisebb) áramok esetében el tudják látni a megszakítók, azzal a kiegészítéssel, hogy az üzemi áramok tartós vezetése is követelmény. A megszakítók a legdrágább készülékek, jellemzőjük a nem gyakori működés és az automatikus kikapcsolás lehetősége a védelmek hatására. A következő fontosabb részegységeket tartalmazzák: fémes keret a főérintkezőkkel, áramrelék, feszültséghiány-relé kioldókapcsolóval, segédérintkezők, áram-kioldókapcsoló, működtető szerkezet, ívoltó kamra, vezérlő és jelző elemeket tartalmazó vezérlőlap. A működtető szerkezet, mechanikus és megfeszített rugóban tárolja a megszakító gyors ki- és bekapcsolásához szükséges energiát.

4.20 ábra: Automata megszakítók

4.1.4.11. Hőkioldó biztosíték Az olvadóbiztosítékok automatikus megszakítás által védik a világítási- és az erőáramköröket a nagyon nagy túlterheléskor, vagy rövidzárlatkor fellépő hőhatásokkal és elektrodinamikus erőkkel szemben. Tartalmaznak egy vezető szálat, vagy lemezt, ami sorba van bekötve a védett készülékkel. Az olvadó biztosító működése során az áramkörbe beiktatott olvadószálának megolvadásával és az azt követ ő ív oltásával megszakítja az áramkört. A mű ködés sebessége szerint lehetnek :lassú, gyors, és ultra gyors m űködésű ek A nagyon érzékeny áramköri elemek (elektronikai alkatrészek) védelmére alkalmazzák a gyorsabb m űködésű típusokat.

137

6

2

A

5

2

1

B

1

1 4 3

3

4

5

5

3

5 a

c

b

4

d

a – elő-kapcsolásúak olvadóbiztosító: 1 – szigetelő aljzat, 2 –váz; 3 – biztosítóbetét; 4 – fedő; 5 – gyűrű; A - összeszerelt olvadóbiztosító; b – biztosítóbetét metszete: 1 – porcelántest ; 2 –olvadószál; 3 –jelzőszál; 4 –finom homok; 5 – érintkező fedő; 6 –működésjelző; c – egyezményes rajzjel; d - hátsó kapcsolású olvadóbiztosító: 1 – szigetelő aljzat; 3 – olvadóbetét; 4 – fedő; 5 – gyűrű; B – összeszerelt olvadóbiztosító. 4.21 ábra: Menetes olvadóbiztosítók

6

4

a

7

2

1

5

3

b

a – Nagyteljesítményű olvadóbiztosító aljzat, b –biztosítóbetét metszete: 1 – porcelán cső; 2 –olvadószál; 3 – késes érintkező; 4 – lezáró tető; 5 – rögzítő gyűrű; 6 – azbeszt alátét; 7- kvarcos homok 4.2.2. ábra: Nagyteljesítményű (késes rendszerű) olvadó biztosító

4.1.5 Elektronikus kapcsoló berendezések A modern vezérlési és szabályozási áramkörökben a kapcsoló és védelmi berendezések sok esetben elektronikai áramköröket tartalmaznak. Az elektronikai eszközök a következő előnyökkel rendelkeznek: - kis méret - zajtalan működés - elektromos ív hiánya - könnyű vezérelhetőség és szabályozhatóság A továbbiakban bemutatásra kerül néhány fontosabb elektronikai alkatrész, amelyikek elektronikus kapcsolóként használatosak. 4.1.5.1. Elektronikai alkatrészek Az elektronikai alkatrészek közül megemlíthetők: - kondenzátor: Ha feszültséget kapcsolnak rá, akkor feltöltődik. Fogyasztót kapcsolva a sarkaira (egy ellenállást), akkor a fegyverzetein felhalmozott feszültség fokozatosan csökken. A feltöltődési 138

és a kisülési idő a kondenzátor kapacitásától és az ellenállás értékétől függ (t = RC). Időrelékben lehet alkalmazni. - dióda: Félvezető anyagokból készítik. Két részből tevődik össze (egy n és egy p típusú félvezetőből alakítják ki) és két kivezetéssel van ellátva: anód, katód. Az a tulajdonsága, hogy egyik irányba vezet (nyitó irányú polarizálás), a másikban nem (záró irányú polarizálás).

4.23. ábra Dióda vezetési elve

- tirisztor Négyrétegű félvezető eszköz. Három kivezetése van: anód, katód és egyvezérű elektróda. Az a tulajdonsága, hogy záróirányú polarizálás esetén, akkor kezd vezetni, ha jelet kap a vezérlő elektródán. Elektronikus kapcsolóként viselkedik.

4.24 ábra: Tirisztor működési elve

Tranzisztor: Háromrétegű félvezető eszköz, kivezetései: emitter, bázis, kollektor Elektronikus kapcsolóként, szabályozóként használható. A bázison keresztül szabályozható az emitter és a kollektor között áthaladó áramerősség értéke.

4.25 ábra: npn, illetve pnp típusú tranzisztorok

- termisztor (hőellenállás): Olyan változó értékű ellenállás, amelynek az értéke arányosan változik a hőmérséklettel. Elektronikus hőrelékben és hőszabályozó áramkörökben alkalmazzák. 4.1.5.2. Fényérzékeny alkatrészek: Az a tulajdonságuk, hogy a rajtuk áthaladó áramerősség értéke függ az alkatrészre jutó megvilágítástól. Ilyen alkatrészek a fotóellenállás, fotodióda és a fotótranzisztor. Elektronikus fotórelékben és fényvezérlésű szabályozó áramkörökben alkalmazzák őket. 4.1.6. Villamos motorok 4.1.6.1. Egyenáramú motor 4.1.6.1.1 Az egyenáramú motor felépítése 139

1. kommutátor 2. kefék 3. a forgórész vasteste 4. a főpólus vasteste 5. gerjesztő tekercs 6. állórész vastest 7. csapágypajzs 8. ventilátor 9. armatúra tekercselés feje 10. armatúra tekercselés a forgórész vastestének a hornyaiban 11. kommutátor metszete 4.26 ábra: Az egyenáramú motor felépítése

A kisebb teljesítményű motoroknál az állórész gerjesztő tekercse helyett állandó mágnest is használhatnak .

4.27.ábra: Állandó mágnesű 4.28 ábra: Állórész vastest, motor lemez Az állórész vasteste tömör, a forgórész vastest pedig lemezekből tevődik össze. A kefék készülhetnek szénből, vagy bronzból. A felépítés alapján megkülönböztetünk egy, vagy több póluspárral (p) rendelkező típusokat.

4.29 ábra : p=1, kétpólusú motor

4.30 ábra: p=2, négypólusú motor 140

A forgórész és az állórész tekercsek bekötési módja szerint az egyenáramú motorok a következő típusúak lehetnek:

Külső gerjesztésű egyenáramú motor

Soros gerjesztésű egyenáramú motor

Párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motor

Vegyes gerjesztésű egyenáramú motor

4.31 ábra: Egyenáramú motor típusok

4.1.6.1.2. Működési elv Az állórészben található tekercseken egyenáram halad át és létrehozza a gerjesztő mágneses teret. A forgórész mágneses terét a vastest hornyaiban elhelyezett tekercselésben folyó áram hozza létre. A forgató nyomaték a két mágneses tér kölcsönhatásából keletkezik. A forgórész vastestének forgása közben is a létrejövő nyomaték egyirányú (maximális értékű) kell, maradjon. Ezt úgy lehet elérni, hogy a forgórész tekercselését sok helyen meg kell csapolni, és a megcsapolásokat egymáshoz képest elszigetelt kommutátorszeletekhez kell kivezetni. A kommutátor néhány szeletéhez szénkefe párok csatlakoznak. Így a pólusokhoz képest a kefék mindig azonos ponton vezetik be- és ki az egyenáramot a forgórész tekercselésébe. A kefék helyzete befolyásolja az áramelosztást és a létrejövő nyomatékot. Az a jó helyzet, amikor a jelölésű tekercsoldalak az állórész északi pólusa mellé kerülnek, a jelölésűek pedig a déli pólus mellé. A jó kefehelyzet beállítása érdekében a keféket elforgatható hídra szerelik. Működés közben a következő nemkívánatos jelenségek keletkezhetnek: - a forgórész vastestében is indukálódhat nemkívánatos feszültség, ami örvényáramokat hoz létre. Ez energiaveszteséget eredményez. Ennek csökkentése érdekében a forgórész vastestét lemezekből készítik - a forgórész vasteste átmágneseződik, ami átmágnesezési, hiszterézis vasveszteséget okoz. - a kommutáció kedvezőtlen kefeszikrázást idéz elő. Ennek megszüntetésére a következő lehetőségek léteznek: - a kefék tengelyének eltolása a semleges vonalból, a forgással ellentétes irányba, mindaddig, amíg ez nem befolyásolja a forgatónyomaték kialakulását. Ez a módszer nem ajánlott a változó terhelések esetén, ekkor a keféket állítgatni kellene a terhelés függvényében. A kétféle forgásiránnyal működő gépeknél sem jó megoldás. - segédpólusok alkalmazása 4.1.6.1.3. Üzemi tulajdonságok Üzemi tulajdonságokon a motoroknak a munkakifejtés szempontjából fontos tulajdonságait értjük. Az egyenáramú motoroknál ezek a következők: a fordulatszám, nyomaték, üzemfeszültség, áramfelvétel, hatásfok és teljesítmény. Ezek a tulajdonságok más és más módon alakulnak a különböző gerjesztésű motoroknál. A külső és a párhuzamos gerjesztésű motorok esetében jellemző a majdnem állandó fordulatszám és az 141

egyenletesen növekvő nyomaték. A soros gerjesztésű motoroknál jellemző az erősen váltakozó fordulatszám és a négyzetesen emelkedő nyomaték. ( M = k ⋅ I ) Azt, hogy adott esetben milyen típusú motort használnak, az üzemviszonyok határozzák meg. A motorok viselkedése kifejezhető jelleggörbék segítségével. Gyakran alkalmazzák a fordulatszámnyomaték jelleggörbét. Az alábbi két ábra a soros és a párhuzamos motorok fordulatszám-nyomaték jelleggörbéjét mutatja be (a gerjesztő fluxust, a tápfeszültséget és a forgórész ellenállását állandónak tekintjük): 2

Soros gerjesztésű motor

Párhuzamos gerjesztésű motor

4.32 ábra: Motorok fordulatszám-nyomaték jelleggörbéje

4.1.6.1.4. Vezérlési, szabályozási lehetőségek A különböző alkalmazások esetében szükség van a motorok indítására, fékezésére, fordulatszám változtatására, a forgási irány megváltoztatására. - Indítás: Az indítás pillanatában a felvett áramerősség a névleges érték többszöröse. A motor védelmének érdekében fontos az indítási áram csökkentése. A forgórész tekercseléssel sorba egy indító ellenállást kapcsolnak, amelynek az értékét fokozatosan csökkentik a fordulatszám növekedésével. - Fékezés: A fékezésnek három módja lehetséges: generátoros-, ellenállásos- és ellenáramú fékezés. Egy példa a generátoros fékezésre, amikor a lejtőn haladó villamos esetében a hajtómotort az üresjárati fordulatszám fölé forgatva, a motor generátor üzemmódba megy át, és energiát termel. Ellenállásos fékezéskor megszüntetik a motor betáplálását és a kivezetéseit. egy ellenálláson keresztül rövidre zárják. Ellenáramú fékezés úgy valósítható meg, hogy működés közben a motor kapocsfeszültségét megfordítják. - Forgásirány változtatása: A kapocsfeszültség megfordításával érhető el. - Fordulatszám módosítása: A fordulatszám a tápfeszültségtől és a gerjesztő térerősségtől függ, tehát a fordulatszám változtatása történhet a tápfeszültség módosításával, vagy úgy hogy a forgórész tekercséhez kapcsolt változtatható ellenállás segítségével mosósítják a létrejövő mágneses fluxust. 4.1.6.2. Aszinkron motor 4.1.6.2.1. Az aszinkron motor felépítése

142

4.33 ábra: Az aszinkron motor felépítése: 1.- állórész 2-forgórész, 3-állórész tekercs, 4-forgórész tekercs, 5- tengely, 6-csapágy, 7- motorház, 8- ventillátor, 9- állórész vastest, 10, kalitkás forgórész, 11-tekercselt forgórész, 12 csúszógyűrűk A forgórész felépítése alapján két típus különböztethető meg: - tekercselt forgórészű aszinkron motorok: a forgórész vastestének a hornyaiban tekercsek vannak elhelyezve. A tekercsek végei a tengelyre szerelt kollektor gyűrűkhöz csatlakoznak. Ezt a felépítést általában nagyobb teljesítményű motoroknál, vagy aszinkron generátoroknál használják. - kalitkás forgórészű aszinkron motorok: a hornyokban alumínium rudak találhatók, ezek a végeiken alumínium gyűrűkkel rövidre vannak zárva. A tekercselés alapján megkülönböztethetők? - egyfázisos aszinkron motorok - háromfázisú aszinkron motorok Ha a motor háromfázisú tekercseléseket tartalmaz, akkor a tekercseknek két kapcsolási módja létezik: csillagkapcsolás és háromszögkapcsolás.

4.34 ábra: Tekercsek kapcsolási módja

4.1.6.2.2. Működési elv A forgórészben található tekercseket szinuszosan váltakozó feszültséggel táplálják be. Ha a tápfeszültség frekvenciája f, akkor egy forgó mágneses tér keletkezik, amelynek a fordulatszáma: 60 f n1 = p fordulat/perc. A forgó mágneses tér a forgórészben, az elektromágneses indukció törvénye alapján elektromotoros feszültséget indukál. A forgórész tekercsei rövidre vannak zárva, az elektromotoros feszültség 143

hatására a vezetőkben áram indukálódik. A forgató nyomaték az állórész mágneses tere és a forgórészben indukált mágneses tere közötti kölcsönhatás eredménye. A forgórész fordulatszámát a következő összefüggés adja meg: 60 f n = p s. Az s megnevezése csúszás, a forgó mágneses tér és a forgórész fordulatszáma közötti eltérést jelenti. Az s értéke zéró és egy között található. Az aszinkron megnevezés az n1 és az n közötti “elcsúszásból” ered. 4.1.6.2.3. Üzemi tulajdonságok Az aszinkron motorok esetében is a fontosabb üzemi tulajdonságok a következők: fordulatszám, nyomaték, üzemfeszültség, áramfelvétel és hatásfok. Monofázisos motoroknál az üzemfeszültség 220V, háromfázisú motoroknál 380V. Egy háromfázisú motor teljesítményének a kiszámítási összefüggése a következő: P = 3UIη cos ϕ ; ahol: P –a motor teljesítménye, η - hatásfok, U – tápfeszültség (380V), I – felvett áramerősség, ϕ - fáziseltolódás az áram és a feszültség között. Az aszinkron motorok esetében a fordulatszám és terhelőnyomaték közötti összefüggés a következő jelleggörbével fejezhető ki:

4.35 ábra: Fordulatszám-terhelőnyomaték jelleggörbe

4.1.6.24. Vezérlési szabályozási lehetőségek: - Indítás: Az indítás pillanatában keletkező nagy áramfelvétel miatt csak az 5,5 KW teljesítménynél kisebb motorokat lehet közvetlenül indítani. Az indítási áram csökkentése érdekében a nagyobb teljesítményű motoroknál a következő eljárásokat alkalmazzák: - Csillag-háromszög indítás: Az indítás pillanatában a tekercsek csillagkapcsolásban vannak. Miután a fordulatszám elért egy meghatározott értéket egy vezérlőáramkör (vagy kézi kapcsoló) átkapcsolja a tekercseket háromszögkapcsolásba. Ezt a módszert a kalitkás forgórészű motoroknál alkalmazzák. - Ellenállásos indítás: A tekercselt forgórészű motoroknál használják ezt a módszert. A forgórész tekercsei nagyteljesítményű, változtatható ellenállásokon keresztül vannak rövidrezárva. A fordulatszám növekedésével arányosan csökkentjük az ellenállások értékét. - Kétkalitkás forgórész alkalmazása: A forgórész úgy van kialakítva, hogy a hornyokban két kalitka van elhelyezve. A szórt fluxusok hatására, az áramkiszorítás jelenség lép fel. A kisebb keresztmetszet (felső kalitka) nagyobb ellenállást, kisebb indítási áramot és nagyobb indító nyomatékot eredményez. Amikor a motor elérte a névleges fordulatszámát, megszűnik az áramkiszorítás. 144

A monofázisos aszinkron motorok segédeszközök nélkül nem képesek elindulni. Az indítás történhet indító tekerccsel, vagy rövidrezárt menettel, ezeket a forgórészbe helyezik el. - Forgásirány változtatása: Háromfázisú motor esetében, a forgásirány megváltoztatása két fázis egymás közti felcserélésével történik. Ez megvalósítható elektromágneses távkapcsolókkal. - Fordulatszám módosítása: A következő módszerekkel lehetséges: - A póluspárok számának a változtatásával: A forgórész tekercselése úgy van elkészítve, hogy több tekercsvég van kivezetve. Változtatva az összekapcsolási módjukat változtatható a póluspárok száma. Ezzel a módszerrel kétsebességű motorokat készítenek. A tekercsek átkapcsolása általában az erre a célra kialakított bütyköskapcsolóval történik. - A forgórész ellenállásának a változtatásával: A tekercselt forgórészű motoroknál alkalmazható. A forgórész tekercsekkel sorban nagyteljesítményű ellenállásokat kapcsolnak. A módszer hátránya, hogy a beiktatott ellenállások rontják a motor hatásfokát. - A tápfeszültség változtatásával: A tápfeszültség változtatásával lehetséges a fordulatszám változtatása. A módszer hátránya a következő : a feszültség csökkentésével csökken az indító nyomaték és növeléskor a mágneses áramkör telítődik. Tehát ez a módszer csak szűk tartományban alkalmazható. A gyakorlatban a tápfeszültség csökkentését alkalmazzák, elektronikus szabályozó áramkörök segítségével. Ennek egyik lehetősége az alábbi ábrán látható tirisztoros vezérlés. A tirisztorok segítségével a tápfeszültséget zérótól a névleges értékig lehet változtatni.

4.36 ábra: Tirisztoros elektronikus szabályozás - A frekvencia módosításával: A hálózati frekvencia értéke meghatározza a motor fordulatszámát.

n

=

60 f s p

Ez az eljárás a motor nyomatéka szempontjából nem ajánlott. - A tápfeszültség/frekvencia változtatásával: Kiküszöböli a feszültség- és a frekvenciaváltozáson alapuló módszerek hátrányait. Elektronikus szabályozó áramkörökkel egyszerre változtatják a tápfeszültség és a frekvencia értékét. Ha a feszültség, frekvencia aránya állandó marad, akkor ez állandó nyomatékot eredményez. Ennek a módszernek az előnyei a következők: lehetséges a fordulatszám csökkentése és növelése a nyomaték állandó értéken való tartásával, folyamatos szabályozás valósítható meg, a szabályozás könnyen automatizálható programozható az elektronikus áramkörök segítségével. 4. 3.1.6.2.5. Háromfázisú motor működtetése monofázisos hálózatokba

145

Néha kisteljesítményű, háromfázisú motorokat is használnak egyfázisú hálózatokban. Ebben az esetben a motorok működtetése kondenzátorok segítségével történik. A kondenzátorok értékét a motor teljesítménye alapján határozzák meg. A háromszög és a csillagkapcsolású motoroknál a kapcsolási vázlat a következő:

4.37 ábra: Motorok háromszög- illetv csillagkapcsolása 4.1.7. Vezérlési kapcsolási vázlatok 4.1.7.1. Aszinkron motor működtetési kapcsolási rajza Az aszinkron motor működtetési kapcsolási rajza a következő:

4.38 ábra: Aszinkron motor működtetési kapcsolási rajza Az ábrán egy aszinkron gép teljes (védelemmel és jelző áramkörökkel is ellátott) vezérlő áramköre látható. A vezérlés teljesítmény-áramkörét a Q1 kézi kapcsoló, az F1, F2 és F3 olvadóbiztosító, a K1 146

kapcsoló záró érintkezői, az F5 hőkioldó és maga az M1 aszinkron motor alkotja. A motor zárlati védelmét az F1, F2 és F3 olvadóbiztosító, túláramvédelmét pedig az F5 hőkioldó biztosítja. A Q1 kézi kapcsoló az egész berendezés főkapcsolója. Az ábra jobb oldalán látható a motor vezérlési kapcsolási vázlata. A vezérlő feszültséget a főáramkör egyik fázisvezetőjéről veszik le. A vezérlőáramkör védelmét egy külön (F4) olvadóbiztosító valósítja meg. A vezérlőkapcsolás jelző-áramkörében két transzformátoros jelzőlámpa van. Az első (H1) mindaddig világít, amíg a Q1 kézi kapcsoló be van kapcsolva és mutatja a hálózati feszültség meglétét. A másik jelzőlámpa (H2) a K1 kapcsoló bekapcsolásakor gyúl ki, jelezvén a motor működését. A motor indítása az S2 nyomógomb segítségével történik. A mágneskapcsoló tekercsén K1 áram halad át, és ezáltal vezérlődik a mágneskapcsoló (a K1-el jelzett fő- és segédérintkezők). Az indítógombbal párhuzamosan kapcsolt záró érintkezőt önfenntartó érintkező nevet viseli. A nyomógomb kiengedése után megtartja a tekercs betáplálását. A vezérlőáramkörben, sorba van kötve a tekercsel a hőrelé nyitó érintkezője. Amikor a relé védelme működésbe lép, ezen az érintkezőn keresztül megszűnik a tekercs betáplálása és nyitnak a K1 főérintkezők. 4.1.7.2. Aszinkron motor irányváltó kapcsolási rajza A kapcsolási rajzot a következő ábra szemlélteti:

4.39 ábra: Aszinkron motor irányváltó kapcsolási rajza Az aszinkron motor irányváltása két fázis felcserélésével valósítható meg. Ezt két mágneskapcsolóval (K1 és K2) és két nyomógombbal (S2 és S3) lehet megoldani. A két mágneskapcsolóba a fázisokat felcserélt sorrendbe kötik be. A két kapcsoló kapható összeépítve is, mint irányváltó kapcsoló. A K1 mágneskapcsoló az előreforgást, a K2 pedig a mágneskapcsolót kapcsolja. A két mágneskapcsoló egyidejűleg nem kapcsolható, mert ez rövidzárlatot idézne elő. Ezt egy reteszeléssel akadályozzák meg. Ha az S2 gombot nyomják meg, a K2 kapcsoló húz be, áthidalja az S2 nyomógombot és megnyitja a másik mágneskapcsoló áramkörében levő nyíló érintkezőt.

147

Hasonló történik a másik mágneskapcsoló behúzásakor. A kisegítő jelző-áramkörök négy jelzőberendezést tartalmaznak. A H1 jelzőkürt akkor szólal meg, amikor a hőkioldó a vezérelt motor túlterhelése következtében kikapcsol, és záródó érintkezője zárja a kürt áramkörét. A H2 jelzőlámpa akkor világít, amikor egyik kapcsoló sincs bekapcsolva, tehát a motor nincs üzemben. Gyakorlatilag ez a jelzőlámpa csak a hálózati feszültség jelenlétét mutatja a motor beindításáig. A másik két jelzőlámpa (H3 és H4) akkor világít, amikor valamelyik kapcsoló be van húzva. Ezek a motor forgásirányát jelzik. 4.1.7.3. Aszinkron motor csillag-háromszög indítása A motor csillag-háromszög indítását a következő ábra szemlélteti:

4.40 ábra: Aszinkron motor csillag-háromszög indítása A csillag-háromszög indítással csökkenthető a motor indítási áramnövekedése. Ez az indítás a fenti áramkör segítségével valósítható meg. A K2 valósítja meg a csillagkapcsolást, míg a K3 a háromszög-kapcsolásra szolgál. Egyszerre csak egyikük lehet bekapcsolva. Az áramkörben található egy ampermérő is, amivel ellenőrizhető a felvett vonali áram mértéke. A motor vezérlési vázlatából nyomon követhető az áramkör működése. A motor indítása és megállítása (gyakorlatilag a K1 kapcsoló vezérlése) az előbbiekben leírt kapcsolás segítségével történik. A K1 kapcsoló bekapcsolásával egyszerre a K1T időrelé áramköre is bezárul. Ez késleltetve meghúzó érintkezőkkel rendelkezik. A relé késleltetési idejét gyakorlatilag úgy kell beállítani, hogy körülbelül a szinkronfordulatszám 90÷95 %-ának elérésekor történjen a motor 148

átkapcsolása. A késleltetési idő lejárásáig a K2 kapcsoló van behúzva, amelyik a motor csillagkapcsolását valósítja meg. A késletetési idő lejárta után az időrelé késleltetve meghúzó nyitó érintkezője megnyit (a K2 kapcsoló elenged) és késleltetve meghúzó záró érintkezője bezár. Ekkor a K3 kapcsoló behúz, a motor háromszög-kapcsolású lesz, és ebben az állapotban is marad megállításáig. A K2 és K3 kapcsoló reteszelését egy-egy nyitó érintkezőjük végzi. Egyikük sem kapcsolhat be mindaddig, míg a másik el nem enged. 4.1. 8. Szinkron motor 4.1. 8. 1. A szinkron motor felépítése Az állórész felépítése megegyezik az aszinkron motorok állórészének a felépítésével. A forgórész jellemzői a következők: - az 5KVA-nél nagyobb teljesítményeknél csúszógyűrűn bevezetett egyenárammal gerjesztett elektromágnes, amely lehet hengeres, vagy kiálló pólusú. A póluspárok száma megegyezik az állórész póluspárjainak a számával. - a törpe, illetve az automatikai aszinkron gépeknél a forgórész típusa lehet reluktancia, állandó mágnesű, vagy hiszterézis típusú. Az állandó mágnesű típusnál a forgórész póluspár száma eltérhet az állórész póluspár számától.

4.41 ábra: Szinkron motor

4.1. 8. 2. Működési elv Fordulatszámuk mereven kötődik az állórész tápfeszültségének a frekvenciájához, a következő összefüggés alapján.

n

=

60 f p

A gép csak ezen a fordulatszámon tud állandósult nyomatékot kifejteni A szinkron gépeket a hálózatra kapcsolás előtt “szinkronizálni” kell. Ez azt jelenti, hogy üres nyitott állórész kapcsoknál a forgórész mágnes forgatásával egy forgó mágneses tért létesítenek, ami váltakozó feszültséget indukál az állórész tekercseiben. Ezt az indukált feszültség a pólusfeszültség. Szinkronizáláskor a pólusfeszültség a következő átalításokat szenvedi: - frekvenciáját a fordulatszám változtatásával, - nagyságát a forgó gerjesztő áramának a változtatásával, - fázishelyzetét a fordulatszám nagyon finom állításával, - háromfázisú motornál a fázissorrendet kell ugyanolyanra állítani, mint a váltakozó áramú hálózat frekvenciája, nagysága, fázishelyzete és fázissorrendje. A szinkron motoroknál az indítás a következőképpen történhet: 149

- indító segédgép segítségével, amellyel a frekvencia beállítására szinkron fordulatszámra hozzák a gépet. A további egyeztetések után elvégezhető a hálózatra kapcsolás. - a leggyakrabban alkalmazott megoldás a segédkalitkás indítás. A forgórészbe indító kalitka található beépítve. A motor aszinkron üzemmódban indul. Az aszinkron fordulatszám elérése után egyenárammal táplálják be a forgórész tekercset. Megjelenik a szinkronozó nyomaték, a motor tovább a szinkron fordulatszámmal működik. - a tápláló frekvencia folyamatos növelésével. Egy frekvenciaváltó segítségével folyamatosan növelik a tápfeszültség frekvenciáját 0 Hz-től kiindulva. Ezzel a módszerrel a motor (szinkron) fordulatszáma is szabályozható. 4.1.8.3. Jellemző mennyiségek Szinkron motorok alkalmazásakor a következő mennyiségeket kell ismerni: a váltóáramú tápfeszültség értéke, az egyenáramú tápfeszültség értéke, a névleges áramerősség, a frekvencia, a szinkron fordulatszám, a póluspárok száma, a motor teljesítménye és a hatásfok. 5. fejezet Irányítástechnika 5.1. Bevezető alapfogalmak Azoknak a funkcióknak, tevékenységeknek, m ű veleteknek az összességét, amelyekkel az el ő írt követelményeknek eleget tesznek, illetve amelyekkel az előírásokat teljesítik, a szóban forgó folyamat irányításának nevezik. Az irányítástechnikai műveletek gépesítését automatizálásnak hívják. Az irányítástechnika (automatika), - mint mű szaki tudományág - az önm űköd ő irányítás törvényszer ű ségeivel, az irányítástechnikai rendszerek vizsgálati módszereivel illetve azok gyakorlati megvalósításával foglalkozik. Az irányításnak két módja különböztető meg: - Kézi irányítás az irányításnak az a módja, amikor az irányítás valamelyik részműveletét kezelő személy végzi. - Önm ű köd ő irányítás az irányításnak az a módja, amikor valamennyi irányítási művelet kezelői beavatkozás nélkül megy végbe. Függetlenül attól, hogy kézi vagy önműködő irányítási módról van szó, az irányítási folyamat mindenkor az alábbi műveletekből áll: - Érzékelés: információ szerzés az irányítás tárgyát képező folyamatról. - Ítéletalkotás: döntés az információ alapján az utasítás szükségességéről. - Jelformálás: az optimális mértékű és lefolyású beavatkozáshoz szükséges jelmódosítás (jelátalakítás, jelformálás, erősítés, stb.). - Beavatkozás: az irányított folyamat befolyásolása az utasítás alapján. A fentiekből következik, hogy valamely irányítási rendszer két fő részből épül fel: - Az irányított rendszer olyan, az irányítástól független létesítmény (berendezés, gép, stb.), amely az irányítás tárgyát képezi, - Az irányító rendszer mindazon önműködő berendezéseknek az összessége, amelyeknek révén az irányítási műveletek létrejönnek és együttműködésükkel az irányított rendszer irányítása, megvalósul. Az együttm ű köd ő irányítástechnikai elemek egymásra hatást gyakorolnak. Az irányítási rendszer azon szerkezeti egységeinek a láncolatát, amelyek az irányítási hatásokat közvetítik hatásláncnak nevezik. A hatásokat jeleknek hívják, melyeknek legfontosabb sajátossága, hogy információtartalommal rendelkeznek. Egy irányítási rendszer egy tömbvázlat segítségével ábrázolható. Ebben feltüntetik a rendszer elemeit, az elemek ki és bemenő jeleit és a hatásirányt. Az ábra (rendszer) minden tagja jellemezhető egy jelleggörbe (a diagramokon a bemenő jel értékeit a vízszintes tengelyen, a kimenő jel értékeit a függőleges tengelyen ábrázolják.), vagy egy függvény segítségével (amely a kimenő jel és a bemenő jel közötti összefüggést adja meg). 150

5.1 ábra: Irányítási rendszer tömbvázlata Az információ továbbításában ill. átalakításában résztvevő bármelyik műveleti elemet általánosítva átviteli tagnak nevezik Az átviteli tagok, a kimenő- ill. bemenőjelük viszonyától függően három féle viselkedési módot mutathatnak. Ezek a következők: - Arányos (proporcionális) tulajdonságúak Jelük: P - Integráló tulajdonságúak Jelük: I - Differenciáló tulajdonságúak Jele: D Az átviteli tagok viselkedésének jellemzésére két számadat szolgál. Ezek: - Az átviteli tényező Kp Ki Kd , - Az időállandó Tp Ti Td . Az átviteli tényező számszerűen adja meg a kimenő/bemenő jel (statikus és dinamikus körülmények közötti) viszonyát. Az időállandó a dinamikus tulajdonság mérőszáma, és a változás időbeliségét adja meg. A három átviteli tényező meghatározása: dy ∆x - a bemenő jel változása ∆xy ∆y dt ; Ki = ; Kd = ; ∆y - a kimenő jel változása Kp= dx ∆x ∆x dt - időegység dt A meghatározásokból következik, hogy: - a P tag átviteli tényezője az időben állandósult ki- és bemenőjelek viszonyát rögzíti, - az I tagnál állandósult bemenőjelre időben állandósult kimenőjel változás jelentkezik, - a D tagnál csak akkor van kimenőjel, ha bemenőjel változás következik be. Az időállandó az átviteli tag (a rendszer) energiatároló képességének függvénye választ ad arra, hogy mennyi időn belül várható a beavatkozás eredménye. Az átviteli tagok viselkedése több matematikai módszerrel is leírható. A leggyakrabban alkalmazott módszerek: - jelleggörbe segítségével - differenciál egyenletek alkalmazásával - átviteli függvény használatával - átmeneti függvény megadásával - amplitúdó - fázis függvény kialakításával Például egy P tulajdonságú és T időállandóval rendelkező tag esetében:

5.2 ábra: Irányítási rendszer tömbvázlata, P tulajdonságú T időállandó taggal

151

- differenciálegyenlet: T

dy + y= x dt

- átviteli függvény: Y ( s )=

Y ( s)

=

Kp

X ( s ) (T s+1) – Laplace transzformációból származó komplex változó) - jelleggörbe:

5.3 ábra: Irányítástechnikai

jelleggörbe

Az irányítástechnikához három fontos résztudomány tartozik. Ezek a következők: - méréstechnika: az adott műszaki rendszerre jellemző jelek érzékelése, a jel továbbítása, feldolgozása, tárolása, stb. - vezérléstechnika: az adott műszaki rendszerben valamilyen utasítás megvalósítása anélkül, hogy a végrehajtás megtörténtérõl gépi úton jelzést kapnák. - szabályozástechnika az adott műszaki rendszerben valamilyen utasítás megvalósítása úgy, hogy az utasítás eredménye az utasításra visszahatással legyen. 5.2. Méréstechnika A mérés egyszerűsített működési vázlatát az 5.4 ábra szemléltet: .

5.4 ábra: A mérés egyszer

űsített működési vázlata Az érzékelő az a műszaki eszköz, amelyik a mérés megkívánt helyén az érzékelt jelet érzékeli és átalakítja a rendszer számára feldolgozható formába alakítja át (pl. a fordulatszámmérő a fordulattal arányos feszültséget hoz létre); - A távadó az érzékelt jelet a rendszer számára feldolgozható formában továbbítja. - A kijelző a kapott jelet valamilyen formában mutatja, illetve rögzíti (analóg, digitális kijelző, számítógép memória, stb.); - A feldolgozó a jelet további felhasználásra teszi alkalmassá. Ez az egység tartalmazhat erősítőket, jelátalakítókat, stb. (pl. analóg-digitális átalakító, kódátalakító, jelformáló, műveleti erősítő). 5.2.1. Jelek A jeleket értékkészletük, időbeli lefolyásuk, az információ megjelenési formája és az érték meghatározottsága szerint csoportosítják. Az időbeli lefolyás szerinti felosztásuk a következő: - Folyamatos a jel, ha értékkészlete adott id ő tartomány bármelyik id ő pontjában változhat 152

- Szaggatott (nem folyamatos) a jel, ha értékkészlete adott id ő tartományban nem minden időpontban változhat. Az információ megjelenítési formája szerint: - Analóg a jel, ha az információt a jelhordozó értéke vagy értékváltozása közvetlenül képviseli. - Digitális a jel, ha az információ a jelhordozó számjegyet kifejező, diszkrét jelképi értékeiben (kódjaiban) van jelen. - Determinisztikus a jel, ha értéke meghatározott id ő függvénnyel egyértelm ű en megadható. - Sztochasztikus a jel, ha időben statisztikus lefolyású, csak valószínűségszámítási módszerekkel írható le.

Jeltípus

Ábrázolás

Analóg

Szaggatott digitális jel

Folyamatos digitális jel

Sztochasztikus

5.1. táblázat: Jeltípusok és ábrázolásuk

5.2.2. Érzékelők A korszerű technikában a villamos jelek használata szinte kizárólagos. Robbanásveszélyes technológiák (vegyipar, olajfeldolgozás, stb.) esetében gyakran alkalmaznak pneumatikus jeleket is. Vannak berendezések, ahol folyadékok közvetítik az információkat, ebben az esetben hidraulikus jeleket alkalmaznak. Villamos szabályozások esetében az érzékelők a mérés helyén az érzékelt jelet érzékelik (elektromos, vagy nemelektromos jeleket) és ezeket átalakítják meghatározott tulajdonságú más elektromos jelekké (feszültség, áramerősség, ellenállás, frekvencia). 153

Az 5.2. táblázat néhány érzékelő típust ismertet

Érzékelő típus

Jellemző

Hall generátor

A mágneses tér indukciójával arányos feszültséget hoz létre. UAB = f(B)

Termisztor (hőellenállás)

A hőmérséklet változását ellenállás-változássá alakítja. R = f(T)

Fotótranzisztor

A fényerősséggel arányos a rajta áthaladó áramerősség.

Tachodinamo

A fordulatszámmal arányos feszültséget hoz létre.

Ellenállásos elmozdulásmérő

A változtatható ellenállás értéke arányosan változik az elmozdulással. RAC = f(lAC)

Folyadékhozam mérése

Induktív elmozdulásmérő

Ábrázolás

Az érzékelő a csőben áramló folyadék hozamával arányos feszültséget hoz létre. U AB = V ⋅ B ⋅ d (V a folyadék áramlási sebessége, B a mágneses indukció, d a cső átmérője) A tekercs induktivitása a vasmag elmozdulásával arányos.

154

utasitást kialakitó

utasitást adó

Kapacitív elmozdulásmérő

Piezoelektromos érzékelő

utasitást végrehajtó

(a vezérelt) RENDSZER

A kondenzátor kapacitása a dielektrikum (vagy a mozgó fegyverzet) elmozdulásával arányos.

Erők, nyomások mérésére használják. A kristály sarkain keletkező feszültség arányos a ható erővel. UAB = f(F)

5. 2. táblázat: Érzékelő típusok

5. 3. Irányítástechnika A vezérlés általános elrendezését a következő ábra ismerteti: 5.5 ábra: A vezérlés általános elrendezése Az ábrán észrevehető, hogy nyitott, nem visszacsatolt információs rendszerről van szó Az utasítás kiadása után a folyamat lezajlásáról, eredményérõl nincs visszajelzés. A berendezések önműködő indításának és leállításának irányítása, valamint a jelzési, a reteszelési és védelmi műveletek lényegében önműködő vezérlések. Egy egyszerű példavezérlésre a világítás bekacsolása a szobában. Az utasítást egy személy adja (vagy egy szürkületkapcsoló, egy időzítő áramkör, stb.), a kapcsoló az utasítást kialakítja és végre is hajtja. A vezérelt rendszer a világító test. Arról, hogy a világítás valóban bekapcsolódott a rendszer nem kap közvetlen visszajelzést. Egy másik példa egy villanymotor bekapcsolása, a rendszer nem érzékeli a motor fordulatszámának a változásait a terhelés függvényében, és nem történik meg ennek a szabályozása. 5.4. Szabályozástechnika A szabályozás általános elrendezését a következő ábra szemlélteti: utasitást (alapjelet) adó

összehasonlitó szabályozó

+

bevatkozó, végrehajtó szerv

(a szabályozott) RENDSZER

-

5.6 ábra: A szabályozás általános elrendezése Ebben az esetben a szabályozás egy zárt információ-láncot (zárt hurkot) képez. A folyamat az utasításnak megfelelően alakul, és a beavatkozás eredményéről visszajelzés van. Egy villamos motor fordulatának a szabályozásánál a szabályozó rendszer úgy van kialakítva, hogy a motor megkapja az utasítást a kívánt fordulatszámról (ezt beállíthatja egy kezelőszemély, vagy a 155

tehnológiai folyamat adott pontjában elhelyezett érzékelő-jelátalakító). Egy fordulatszámmérő folyamatosan méri a motor fordulatszámát, és visszajelzést küld a szabályozó rendszerbe. A beállított érték és a mért érték közötti különbség függvényében a szabályozó működésbe lép, és igyekszik az eltérést megszüntetni. A vezérelt, szabályozott berendezéseket, olyan külső hatások is érhetik, amelyek a vezérelt technológiai folyamatot (vezérelt jellemzőt) képesek befolyásolni. E hatásokat zavaró jellemzőknek nevezik. Ezeknek a hatását csak a zárt hurkot képező irányítás esetében lehet kiküszöbölni. 5.4.1. A vezérlés és a szabályozás összehasonlítása A két rendszer között a következő eltérések léteznek: - a vezérlés hatáslánca nyitott, a szabályozásé zárt. - a helyesen méretezett és beállított vezérlés esetén nincs vezérlési eltérés, a szabályozási művelet viszont a szabályozási eltérés fellépésének hatására jön létre. - a vezérlés csak annak a zavaró jellemz ő nek a hatását kompenzálja, amelynek érzékelésével a rendelkez ő jelet képezik (a többi zavaró jellemz ő hatása teljes mértékben érvényesül!), a szabályozás viszont valamennyi zavaró jellemző hatását képes kompenzálni (ugyanis mindegy, hogy a szabályozási eltérés milyen hatás következményeként lép fel). - vezérlés esetén a vezérlési lánc valamennyi szervét, azok viselkedését pontosan ismerni kell, viselkedésük üzemközbeni megváltozása a vezérlés pontosságát, eredményességét befolyásolja. - Szabályozás esetén ez a követelmény nem ilyen szigorú, hiszen a szabályozott berendezésen belüli olyan pontatlanságok, illetve hatások (belső zavarások), amelyek a szabályozási eltérést befolyásolják, a működésből eredően ugyanúgy kompenzálódnak, mint a külső hatások. - a működés sajátossága szempontjából fontos különbség, hogy a vezérlés a nyitott hatásláncból adódóan mindenkor stabil működésű, míg a zárthurkú szabályozás instabil működése is bekövetkezhet. 5.4.2. A szabályozások csoportosítása A szabályozásokat különféle szempontok szerint lehet felosztani. Az utasítás kialakítása szerint: - kézi szabályozás: olyan szabályozási m ű velet, amelyben a rendelkez ő jelet (végrehajtó jelet, beavatkozó jelet) a kezel ő személy határozza meg. A kezel ő személy is tagja a szabályozási körnek. - önműködő szabályozás: olyan szabályozási művelet, amelyben a rendelkezést és beavatkozást az alapjel és az ellenőrző jel közötti eltérés önműködően váltja ki. Az alapjel időbeli lefolyása szerint: - értéktartó a szabályozás, ha alapjele üzemszerűen állandó. - követő szabályozás, ha alapjele üzemszerűen változik. A követő szabályozások lehetnek: - menetrendi (program-szerinti) szabályozás az olyan követő szabályozás, amelynek alapértéke az idő függvényében előre megadott módon (menetrend szerint) változik. - értékkövető szabályozás az olyan követő szabályozás, amelynek vezető jele időben előre nem ismert módon (pl. egy külső jelet követve) változik). - arányszabályozás az olyan értékkövet ő szabályozás, amely két jellemz ő arányát tartja előírt értéken, miközben az egyik jellemző előre nem ismert módon változik. - helyzetszabályozás az olyan értékkövető szabályozás, amelynek szabályozott jellemz ő je a szabályozott berendezés valamely elemének térbeli helyzete (elmozdulása vagy szögelfordulása). A szabályozás folyamatossága szerint: - folyamatos működésű az olyan szabályozás, amelynek hatáslánca tartósan zárt. 156

- id őszakos m űködés ű az olyan szabályozás, amelynek hatáslánca legalább egy ponton időnként üzemszerűen megszakad. Az irányítási rendszer jeleinek folytonossága szerint: - folytonos a szabályozás, ha a rendszer pontján a jelek folytonosak. - nem folytonos a szabályozás, ha a rendszer legalább egy pontján szakaszos (nemfolytonos) jel jelenik meg. - állásos szabályozás az olyan nem folytonos szabályozás, amelyben a rendszer legalább egy pontján diszkrét analóg jel jelenik meg. Megkülönböztethet ő két-, három- vagy többállású szabályozás. Az állásos szabályozások relét vagy relészerű működésű szervet tartalmaznak. - analóg szabályozás az olyan szabályozás, amelynek valamennyi jele analóg jel. - digitális szabályozás az olyan nem folytonos szabályozás, amelyben az ellenőrző jel és az alapjel, valamint a jelfeldolgozás digitális. A digitális szabályozás folytonos és digitális egységeit analóg-digitális illetve digitális-analóg jelátalakítók kapcsolják össze. Felosztás a rendszer szerkezete (kapcsolása) alapján: - egyhurkos szabályozási kör az olyan rendszer, amelynek egyetlen szabályozott jellemzője és egyetlen beavatkozó jele van. A rendszer szervei egyetlen zárt hurkot alkotnak. - a többhurkos szabályozási rendszer szervei több zárt hurkot alkotnak. A rendszerben lévő érzékelési és/vagy beavatkozási helyek a fő hatáslánc vagy azon belül fekvő kisegítő hatásláncok mentén helyezkednek el. - kaszkádszabályozás az olyan kéthurkos szabályozás, amelyben két szabályozó m ű ködik együtt oly módon, hogy az egyik a bels ő hurok, a másik a küls ő hurok része. A küls ő f ő szabályozó kimen ő jele a bels ő segédszabályozó vezet ő jelét képezi (lásd a 18. ábrát). - kapcsolt (többváltozós) szabályozási rendszer több olyan szabályozási körb ő l áll, amelyek kölcsönösen befolyásolják egymást. A szabályozási körök általában ugyanazon szabályozott berendezéshez (pl. gőzkazánhoz) tartozóan látnak el különböző (gőznyomás, gőzhőmérséklet, dob-vízszint stb.) szabályozási feladatokat A rendszerparaméterek időbeli lefolyása szerint: - állandó paraméterű az olyan rendszer, amelynek paraméterei (időállandók, átviteli tényezők stb.) nem függvényei az időnek. - változó paraméterű az olyan rendszer, amelynek paraméterei közül legalább egy az időnek a függvénye. 5.4.3. A szabályozás minőségi jellemzői A szabályozási folyamatokkal szemben a legfontosabb követelmény, hogy a szabályozás stabil működésű legyen. Stabilis a szabályozás, ha egyensúlyi helyzetéből kimozdítva és utána magára hagyva az átmeneti folyamat lezajlása után ismét egyensúlyi állapotba kerül. Labilis (instabil) a szabályozás, ha egyensúlyi helyzetéből kimozdítva és utána magára hagyva nem kerül ismét egyensúlyi állapotba. A szabályozás alapfeladata, hogy: - értéktartó szabályozás esetén biztosítsa, hogy a szabályozott jellemző a különböző zavaró hatások ellenére az előírt értékét megtartsa. - követ ő szabályozás esetén biztosítsa, hogy a szabályozott jellemz ő a zavaró hatások ellenére jól kövesse a vezető jel változását.

157

x – alapérték (bemenő jel) y – jellemzőérték (kijövő jel) v – visszacsatolás x-y - vezérlőjel 5.7 ábra: Követő szabályozás Ideális szabályozás esetén a szabályozott jellemz ő idő beli lefolyása pontosan megegyezne az alapérték, illetve a vezető jel időbeli lefolyásával. Ideális szabályozás azonban nem valósítható meg a szabályozási körben fellépő időkésleltetések miatt, ezért szabályozási eltéréssel kell számolni. A szabályozási eltérés az alapérték és a szabályozott jellemzőértékének a különbsége. A szabályozás minősége könnyen megítélhető a vezetési illetve zavarási átmeneti függvény alapján. Ha a rendszer nyugalmi állapotában az x alapértéket (bemenő jelet) ugrásszerűen megnövelik, az átmenti függvény az y – jellemzőérték (kijövőjel ) változását mutatja meg. Az átmeneti függvényből a szabályozás minőségére vonatkozó, következő jellemzőket lehet meghatározni: - Túllendülés: (vm) - Maximális változási sebesség: (dv/dt | max) - A csillapítás mértéke: ( (

)

- Szabályozási id ő : (T g ) - Lengésszám: (v)

5.8 ábra: Vezetési illetve zavarási átmeneti függvény

158

5.5. Egyezményes rajzjelek

Megszakító-olvadóbiztosító

Szakaszoló- olvadóbiztosító

Megszakító-szakaszoló olvadóbiztosító (terhelésszakaszoló)

Késes kapcsoló, általános rajzjel, egyeres vázlatokban használt rajzjel

Olvadóbiztosító, általános rajzjel

Relé tekercs, általános rajzjel mágneses vezérlő készülék tekercse, általános rajzjel

Időrelé tekercse

Hőrelé vezérlő berendezése

Hőrelé nyitó érintkezője

Hőrelé háromfázisos ábrázolás

159

Kézi vezérlésű kapcsoló, általános rajzjel Automatikusan visszaálló, záródó érintkezőt tartalmazó nyomógomb Automatikusan visszaálló, nyíló érintkezőt tartalmazó nyomógomb Záródó érintkező, kapcsoló általános jele Nyíló érintkező (normál zárt érintkező)

Egyenáramú motor: a – különálló; b – soros; c – párhuzamos; d – vegyes gerjesztésű

Váltóáramú motor: a – soros, egyfázisú; b – soros, háromfázisú; c – rövídrezárt forgórészű háromfázisú aszinkron; d – tekercselt forgórészű aszinkron;

Transzformátor

Izzószálas égő

Kondenzátor általános jele, változtatható kondenzátor, elektrolitikus kondenzátor

Egyenirányító dióda, fotódióda, LED dióda

Tirisztor

160

npn, pnp típusú bipoláris tranzisztor

5.9 ábra: Az irányítástechnikában használatos egyezményes jelek

Szakirodalom: Florin Mareş, Marin Mihai, Gabriel Danielescu, Constantin Ariton, Szakmai Gyakorlat Tankönyv Elektromechanikai terület, Editura Tehnica şi Pedagogică, Bucuresti, 2007 Buzdugan, Gheorghe, Organe de maşini, 1981, Editura tehnică Bucureşti Drobota Victor, Atanasiu Mihai, Szilárdságtan és gépelemek, 1985, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bukarest Soós Pál, Sikolya László, Mérnöki alapismeretek,1994, Egyetemi jegyzet, Nyíregyháza Szalcinger János, Gépelemek, Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém Szendrő Péter, Gépelemek II, 1980, Agrártudományi Egyetem, Térgazdasági Gépészmérnöki Kar, Gödöllő Bevezető irányítástechnikai alapismeretek, Dr. Petz Ernő, A magyar műszaki főiskolak egységes irányítástechnikai Jegyzetsorozata 1. fűzet, 1996 Villamos kapcsoló és melegfejlesztő készülékek, elektronikus jegyzet 1.1 változat Dr. Koller László, Budapesti M ű szaki Egyetem Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Tanszék, 1998 [2] Villamos energetika, Dr. Retter Gyula Magyar nyelvű szakelőadások a 2000-2001-es tanévben, Dr. Szabó Loránd, adjunktus Kolozsvári Műszaki Egyetem Villamosmérnöki Kar, Kolozsvár, 2001, Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság Susana Gâdea, Maria Petrescu, : Metalurgie fizică şi studiul metalelor, 1979, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979

161