Projekt OP RLZ Opatření 3.1-0205 Tento projekt je spolufinancován evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Dokument byl vytvořen s finanční podporou Evropské unie a České republiky. Obsah tohoto dokumentu je plně v zodpovědnosti příjemce grantu a nelze jej v žádném případě považovat za oficiální stanovisko Evropské unie a České republiky.
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Distanční text
© 2007
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
Celkový obraz O modulu: Modul je určen pro studenty, kteří se seznamují se základními strojními součástmi. Z metodického hlediska by měl být zařazen až po probrání modulu Spoje a spojovací součásti a Hřídele, neboť navazuje na učivo těchto modulů. Tento modul není náročný na matematické znalosti, protože se zaměřuje především na pochopení principu jednotlivých typů spojek bez konkrétních pevnostních výpočtů. Pouze se provádí základní pevnostní výpočet na krut. Pomůcky a nástroje: •
modely jednotlivých typů spojek
•
ukázky konkrétních spojek
•
schémata složitějších typů spojek
Pravidla a konvence: Jedná se především o popisný modul. Text je založen na strukturovaném rozdělení spojek a popisu jejich funkce podle uvedených obrázků.
20. ledna 2008
Strana 2/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
Obsah 1.
Princip a účel spojek....................................................................................................... 4
1.1 Princip spojek............................................................................................................. 4 1.2 Účel spojek................................................................................................................. 5 1.3 Autotest ...................................................................................................................... 5 2. Výpočet spojek ................................................................................................................ 6 2.1 Rozdělení hnacích a hnaných strojů........................................................................... 6 2.1.1 Rozdělení hnacích strojů.......................................................................................... 6 2.1.2 Rozdělení hnaných strojů......................................................................................... 7 2.2 Základní výpočet spojek............................................................................................. 7 2.3 Autotest ...................................................................................................................... 8 3. Rozdělení spojek ............................................................................................................. 9 3.1 Základní rozdělení spojek .......................................................................................... 9 3.2 Mechanicky neovládané spojky ................................................................................. 9 3.2.1 Nepružné spojky .................................................................................................... 10 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 11 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 11 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 12 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 13 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 13 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 14 3.2.2 Pružné spojky......................................................................................................... 14 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 15 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 16 3.3 Mechanicky ovládané spojky ................................................................................... 16 3.3.1 Výsuvné spojky...................................................................................................... 17 3.3.2 Pojistné spojky....................................................................................................... 19 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 20 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 20 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 21 3.3.3 Rozběhové spojky.................................................................................................. 21 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 22 3.3.4 Volnoběžné spojky ................................................................................................ 22 3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: ................................................ 23 3.4 Hydraulické spojky .................................................................................................. 23 3.5 Elektromagnetické spojky ........................................................................................ 24 3.6 Autotest .................................................................................................................... 25
20. ledna 2008
Strana 3/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
1. Princip a účel spojek Popis lekce: Lekce je věnována vysvětlení principu hřídelových spojek a jejich významu ve strojírenství. Uvádí se zde pojmy, které jsou všeobecně platné pro všechny typy spojek Délka lekce: 45 minut Klíčová slova: hnací člen, hnaný člen, spojovací člen Motivace k lekci: Aby bylo možné přenášet rotační pohyb na delší vzdálenosti, musí být použity dlouhé hřídele. Jejich výroba je ovšem náročná a u delších hřídelí se vyskytují problémy s jejich průhybem, uložením v ložiscích a další. Proto se hřídele výrobně rozdělují na několik samostatných částí a k jejich spojení slouží právě hřídelové spojky. Výklad:
1.1 Princip spojek Obecně se spojka skládá ze 3 částí (obr. 1) – hnací člen 3, který přebírá kroutící moment od hnací (vstupní) hřídele 1, spojovací člen 5, který spojuje vstup s výstupem a hnaný člen 4 , který předává kroutící moment hnané hřídeli 2: Obrázek 1 - Obecné schéma spojky
U některých typů spojek se funkce jednotlivých členů kumulují v jedné součásti. Např. u trubkové nebo korýtkové spojky je hnací a hnaný člen jedna součást a je úplně vynechán spojovací člen. U jiných typů spojek naopak se jednotlivé členy mohou skládat z více částí. Např. kardan má spojovací člen složeny ze dvou kloubů a mezikusu. 20. ledna 2008
Strana 4/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
1.2 Účel spojek Základním účelem hřídelových spojek je přenos otáčivého pohybu a kroutícího momentu z jedné hřídele na druhou. Kromě této základní funkce, kterou plní každá hřídelová spojka, mohou mít hřídelové spojky i další vlastnosti umožňující •
vyrovnávání menších radiálních, axiálních i úhlových odchylek hnací a hnané hřídele
•
tlumení rázů mezi hnací a hnanou hřídelí
•
odpojení hnacího a hnaného stroje při přetížení
•
plynulý rozběh hnané hřídele
•
odpojování a spojování hnací s hnanou hřídelí a to buďto za klidu nebo při otáčení hřídelí
•
zabezpečení toku kroutícího momentu pouze jedním směrem
Konkrétní konstrukcí spojek zabezpečujících výše uvedené funkce se budou týkat další lekce.
1.3 Autotest 1)
2)
Hřídelová spojka se skládá obecně z •
hnací hřídele, spojovacího členu a hnané hřísdele
•
hnacího členu, spojovacího členua hnaného členu
•
hnací hřídele, hnacího členu, spojovacího členu, hnaného členu a hnané hřídele
Základním účelem hřídelových spojek je •
přenášení otáčivého pohybu a kroutícího momentu z hnací na hnanou hřídel
•
odpojování hnané od hnací hřídele a to buďto za klidu nebo za chodu stroje
•
zabezpečení proti přetížení stroje
20. ledna 2008
Strana 5/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
2. Výpočet spojek Popis lekce: V této lekci je proveden pouze zjednodušený obecný výpočet spojek. Důraz je kladen právě na zevšeobecnění výpočtu bez ohledu na konkrétní konstrukci, u níž je výpočet podstatně složitější. Délka lekce: 45 minut Klíčová slova: provozní součinitel, skupina hnaného stroje, skupina hnacího stroje Motivace k lekci: Protože konkrétní pevnostní výpočet jednotlivých typů spojek je velmi složitý, je v této lekci probrán velmi zjednodušený návrhový výpočet spojek, který dokáže s určitou nepřesností provést první návrh velikosti a typu spojky v závislosti na určení pracovních podmínek spojky (hnací a hnaný stroj). Výklad:
2.1 Rozdělení hnacích a hnaných strojů Pro bezpečnost výpočtu spojky jsou velmi důležité provozní podmínky, ve kterých spojka pracuje. Pro určení těchto podmínek dělíme hnací i hnané stroje do skupin od nejlehčího provozu (hnací stroj elektromotor, hnaný stroj bez rázů, nízké výkony) po nejtěžší (hnací stroj spalovací motor, hnaný stroj s velkými rázy až s možností blokace pohybu, vysoké výkony).
2.1.1 Rozdělení hnacích strojů Nejlehčí pohony: derivační střídavý a stejnosměrný elektromotor, asynchronní motor s kroužkovou kotvou, komutátorový motor, parní turbína Lehké pohony: asynchronní motor s kotvou nakrátko, parní motor Středně těžké pohony: sériový komutátorový stejnosměrný motor, parní stroj Těžké pohony: spalovací motory (čím menší počet válců, tím těžší pohon)
20. ledna 2008
Strana 6/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
2.1.2 Rozdělení hnaných strojů Skupina I: malá a střední dynama, generátory s rovnoměrným zatížením, malá odstředivá čerpadla, malé vrátky, otočné jeřáby, rotační dopravníky Skupina II: dynamometry, kalová čerpadla, pásové dopravníky do 50 kW, pohyblivé schody, fekální vozy, osobní automobily, kopírovací a dávkovací stroje a šneky Skupina III: velká odstředivá čerpadla, pásové dopravníky nad 50 kW, korečkové dopravníky, podávací pohony, navíječky drátů a pásků, zemědělské stroje, okružní a pásové pily na dřevo, malé soustruhy, vrtačky, frézky, kancelářské a pletací stroje, potravinářské sušičky Skupina IV: generátory s rázovým zatížením, pístová čerpadla, ventilátory, pily na kov, článkové, řetězové a šnekové dopravníky, kotoučové rovnací stroje, těžké textilní stroje Skupina V: pístové a turbokompresory, zdvihadla s frekvencí 6-120 zdvihů/hod.,pohony pojezdových jeřábů, nákladní automobily, rámové pily na kov, velké soustruhy, hoblovací a obrážecí stroje, lehké protahovací stroje a brousící stroje na dřevo. Skupina VI: nákladní výtahy, zdvihadla s vyšší frekvencí činnosti (od 120 do 300 / hodinu), elevátory, ohýbačky plechů, ohraňovací lisy. Skupina VII: osobní výtahy, jeřáby a pojezdy koček, zdvihadla s frekvencí nad 300/hodinu, válečkové dopravníky s vratným pohybem, nakladače, kolové a pásové traktory, silniční válce, nůžky pro válcovací tratě, závitořezy, Skupina VIII: bagry a rýpadla, kovací lisy a buchary, drtiče kovových třísek, kladivové mlýny, těžké protahovací stroje, nůžky na plech. Skupina IX: vysokotlaká čerpadla, pily na kov ve válcovnách, těžká vrtací zařízení
2.2 Základní výpočet spojek Protože hřídelové spojky přenáší kroutící moment, provádí se jejich pevnostní výpočet na krut. Velikost spojky se určuje z výpočtového točivého momentu spojky Mv , který se porovná s jmenovitým točivým momentem spojky Mt : Mv = K . Mk = K . P / ω = K . P / (2 . π . n ) ≤ Mt Jmenovitý točivý moment spojky Mt je udán výrobcem spojek v prospektu. Velmi důležité je určení provozního součinitel K, který závisí na skupině hnacího a hnaného 20. ledna 2008 Strana 7/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky stroje. Druh provozu hnaného a hnacího stroje značně ovlivňuje bezpečnost výpočtu, kterou dává provozní součinitel K . Máme-li spojení velmi lehkého pohonu (např. asynchronní elektromotor s kroužkovou kotvou) s hnaným strojem skupiny I (např. malé odstředivé čerpadlo), je provozní součinitel K = 1 – 1,2. Jedná-li se naopak o těžký pohon (např. jednoválcový spalovací motor) spojený s hnaným strojem skupiny IX (např. vysokotlaké pístové čerpadlo), je provozní součinitel K = 4,4 – 5,3. V druhém případě bude při stejných parametrech (otáčky a kroutící moment) spojka 5x více dimenzována než v případě prvním.
2.3 Autotest 3)
4)
5)
6)
Jeden z nejběžnějších elektromotorů - asynchronní motor s kotvou nakrátko - patří z hlediska výpočtu hřídelových spojek do skupiny hnacích strojů •
velmi lehkých
•
lehkých
•
středně těžkých
Šnekové dopravníky jsou pro výpočet spojek zařazeny do skupiny hnaných strojů •
II
•
IV
•
VI
Při výpočtu spojek pro výtahy jsou při stejných parametrech (otáčky a výkon) spojky pro osobní výtahy dimenzovány •
více než u nákladních výtahů
•
stejně jako u nákladních výtahů
•
méně než u nákladních výtahů
Výpočtový točivý moment spojky má být v porovnání s jmenovitým točivým momentem spojky •
větší nebo stejný
•
stejný
•
menší nebo stejný
20. ledna 2008
Strana 8/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
3. Rozdělení spojek Popis lekce: Je zde uveden popis funkce představitelů jednotlivých typů hřídelových spojek a jejich typické použití v praxi Délka lekce: 180 minut Klíčová slova: mechanicky neovládané spojky, mechanicky ovládané spojky, hydraulické spojky, elektromagnetické spojky, nepružné pevné spojky, nepružné vyrovnávací spojky, trubková spojka, korýtková spojka, kotoučová spojka, kardan, pružné spojky s kovovými členy, pružné spojky s nekovovými členy, výsuvné spojky, třecí spojky, pojistné spojky, rozběhové spojky, volnoběžné spojky Motivace k lekci: Protože hřídelové spojky neplní pouze svou základní úlohu - přenos kroutícího momentu - ale i mnoho dalších úkolů, je třeba znát jejich princip, aby při návrhu stroje byl použit nejvhodnější typ spojky pro daný účel. Výklad:
3.1 Základní rozdělení spojek Základní rozdělení hřídelových spojek je podle způsobu přenosu kroutícího momentu: •
mechanicky neovládané spojky
•
mechanicky ovládané spojky
•
hydraulické spojky
•
elektromagnetické spojky
3.2 Mechanicky neovládané spojky Spojení hnací a hnané hřídele je u této skupiny spojek zabezpečeno mechanickým kontaktem. Funkce spojky je předem nastavená (závisí na parametrech spojky) a spojku nelze ovládat vnějším signálem. Rozdělení mechanicky neovládaných spojek je v obr. 2:
20. ledna 2008
Strana 9/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 2 - Rozdělení mechanicky neovládaných spojek
3.2.1 Nepružné spojky Podle schématu v obr. 2 se mechanicky neovládané nepružné spojky dělí na 2 skupiny – pevné spojky (tyto umožňují pouze základní funkci spojek – přenos kroutícího momentu) a vyrovnávací spojky (kromě přenosu kroutícího momentu umožňují tyto spojky také vyrovnání nepřesnosti hnací a hnané hřídele – buďto v radiálním směru nebo v axiálním směru nebo nerovnoběžnost, příp. kombinace těchto nepřesností). Nejjednodušší spojkou je trubková spojka. Jedná se vlastně u jednoduchou trubku, která má vnitřní průměr stejný jako je průměr konců hřídelí. Uvnitř je vyrobena drážka pro pero a tato trubka je nasunuta na konec hnací a hnané hřídele. U této spojky plní trubka funkci hnacího, hnaného i spojovacího členu. Spojka je sice velmi jednoduchá, ale vyžaduje přesně shodnou polohu os hnací a hnané hřídele. Její další nevýhodou je nutnost posuvu hnací nebo hnané hřídele při montáži, což u těžkých strojů může být problém Tuto nevýhodu odstraňuje korýtková spojka (obr. 3). Princip její funkce je stejný jako u spojky trubkové, pouze trubka je podélně rozdělena na 2 části („korýtka), takže při montáži se pouze přiloží k hnací a hnané hřídeli a stáhnou se pomocí šroubů k sobě. U těchto spojek není nutné pero, protože spojka může fungovat jako třecí spojka. Většinou se ale pro přenos kroutícího momentu pero používá. 20. ledna 2008
Strana 10/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 3 - Korýtková spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Korýtková spojka:
DWF INVENTOR
V obr. 4 je zobrazena kotoučová spojka, což je jedna z nejčastěji používaných pevných neovládaných spojek. Obrázek 4 - Kotoučová spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Kotoučová spojka:
DWF INVENTOR
Závity jsou určeny pro šrouby pro axiální pojištění hřídelí v kotoučích spojky. Vzájemné osazení v obou kotoučích spojky slouží k jejich vystředění. Důležitá je skutečnost, že jsou použity klasické a ne lícované šrouby. Znamená to, že kroutící moment se přenáší pouze třením mezi kotouči spojky a šrouby nesmí být namáhány na střih a musí být dostatečně utaženy, aby přítlačná síla vyvolala velkou třecí sílu. Osazení na vnějším obvodu kotoučů spojky je provedeno jako kryt hlav šroubů a matic z bezpečnostních důvodů, aby nemohlo dojít k poranění v případě přiblížení se k rotující spojce. 20. ledna 2008
Strana 11/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky U zubové spojky s čelními zuby (obr. 5) se jedná o ozubení vytvořené na čelních plochách hnací a hnané části spojky. Tyto zuby do sebe zapadají a jsou přitlačovány k sobě pomocí šroubu. Z důvodu velkých výrobních nákladů se tento typ spojky často nepoužívá. Obrázek 5 - Spojka s čelními zuby
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Spojka s čelními zuby: DWF INVENTOR
Z důvodu lepšího zapadnutí ozubení do sebe jsou čelní plochy provedeny jako kužel a to buďto jednostranně (a)) nebo oboustranně (b)). Druhou skupiny mechanicky neovládaných nepružných spojek tvoří spojky vyrovnávací, které umožňují vyrovnat (do určité míry) vzájemnou nepřesnou polohu hnací a hnané hřídele. Mezi vyrovnávací spojky se řadí např. axiální ozubcová spojka (obr. 6), která je podobná spojce s čelními zuby. Boky zubů jsou ovšem rovné a při axiálním posunu hřídelí nevzniká mezi oběma polovinami spojky radiální vůle. Středění obou polovin této spojky zajišťuje středicí kotouč. Při příliš velkém oddálení obou polovin spojky od sebe je styková plocha zubů natolik malá, že tlak mezi zuby může tyto zuby poškodit. Proto musí být axiální pohyb omezen. Obrázek 6 - Axiální ozubcová spojka
20. ledna 2008
Strana 12/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Axiální ozubcová spojka:
DWF INVENTOR
Velmi často používanou vyrovnávací spojkou je kloubová čepová spojka známější pod názvem kardan (obr. 7). Jedná se o jeden (a)) nebo dva (b)) klouby, které jsou konstrukčně vytvořeny jako dvojice vzájemně kolmých čepů. Toto kloubové uložení umožňuje dosažení poměrně velkého radiální posunu hnací a hnané hřídele. Typické použití Karbanu je u nákladních automobilů nebo pro pohon dynam na podvozcích osobních vlakových vagónů. Obrázek 7 - Kardan
a)
b)
c)
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Kardan - a):
DWF INVENTOR
•
Kardan - b):
DWF INVENTOR
•
Kardan - c):
DWF INVENTOR
Univerzální zubová spojka znázorněná v obr. 8 umožňuje radiální, axiální a i úhlový posun hnací a hnané hřídele. Konstrukčně je vytvořena tak, že hnací i hnaná část spojky má na svém vnějším obvodu klasické evolventní ozubení a spojovací člen je tvořen objímkou s vnitřním evolventním ozubením. Tyto 2 páry ozubených kol umožňují v určité míře vzájemné posuny hnací a hnané hřídele.
20. ledna 2008
Strana 13/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 8 - Univerzální zubová spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Univerzální zubová spojka:
DWF INVENTOR
3.2.2 Pružné spojky Pružné spojky jsou schopny akumulovat část vstupní energie a tím tlumit rázy mezi hnací a hnanou hřídelí. Při akumulaci energie dochází ke vzájemnému pootočení hnacího a hnaného členu. Závislost tohoto pootočení na velikosti zatížení spojky se nazývá charakteristika spojky (obr. 9). Obrázek 9 - Charakteristika pružiny
Ta může být buďto lineární (a), c)) nebo nelineární (b), d)). Pokud část energie zůstane 20. ledna 2008
Strana 14/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky naakumulována ve spojce, mluvíme o tzv. tlumicí spojce (c),d)). Podle konstrukce může pružnost spojky vyvolat buďto kovový pružný člen (kovová pružina) nebo nekovový pružný člen (pryž). Ukázkou pružné spojky s kovovými členy je spojka se šroubovitými pružinami (obr. 10), které jsou vloženy mezi výčnělky (zuby) vytvořenými na vnějším povrchu jedné části spojky a vnitřním povrchu druhé části spojky. Tato spojka umožňuje pružnost pouze při otáčení jedním směrem. Obrázek 10 - Spojka se šroubovitými pružinami
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Spojka se šroubovitými pružinami:
DWF INVENTOR
Dalším příkladem spojky s kovovými pružnými členy je tzv. Bibi spojka (spojka s hadovitými pružinami) – obr. 11: Obrázek 11 - Bibi spojka
Jedná se o 2 stejná kola s vnějším ozubením, která jsou umístěna vedle sebe. Mezi zuby je provlečena kovová pružná páska (jakoby „prošita“ střídavě na jednu a druhou strany), která je uzavřena v nekonečný pásek. Při přenosu kroutícího momentu se tento pásek prohýbá a tím spojka pruží. Typickou ukázkou pružné spojky s nekovovými členy je čepová spojka - obr. 12. Je konstrukčně obdobná kotoučové spojce, ale na spojovacích šroubech (zde čepech) jsou navlečena pryžová pouzdra. Na rozdíl od kotoučové spojky se zde kroutící moment nepřenáší třením, ale spojovací členy jsou namáhány na střih. Z důvodu rovnoměrnějšího rozložení sil 20. ledna 2008
Strana 15/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky jsou pryžová pouzdra střídavě vkládána do hnacího a hnaného členu (na rozdíl od zobrazení v obr. 12). Obrázek 12 - Čepová spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Čepová spojka:
DWF INVENTOR
Dalším představitelem pružných spojek je spojka Periflex (pružná obručová spojka, která je na obr. 13. Jedná se vlastně o jakousi pružnou „pneumatiku“ 3, která je uchycena k hnacímu 1 a hnanému 2 členu pomocí příložek 4. Tato sojka umožňuje poměrně velké vypružení i při menších kroutících momentech. Obecně se dá shrnout, že pružné spojky s kovovými členy jsou výrobně složitější (tedy i dražší), ale mají vyšší životnost. Pryžové spojky jsou sice jednodušší (levnější), ale díky stárnutí pryže je jejich životnost nižší. Také jejich možné zatížení je menší než u kovových pružin.
3.3 Mechanicky ovládané spojky Mechanicky ovládané spojky umožňují kromě spojení hnané a hnací hřídele ještě ovládání 20. ledna 2008
Strana 16/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky tohoto spojení. Toto ovládání může být buďto vnějším vlivem nebo samočinné. Mechanicky ovládané spojky se dělí podle toho, k čemu slouží – viz. obr. 13. V dalším jsou popsány představitelé některých typických mechanicky ovládaných spojek. Obrázek 13 - Rozdělení mechanicky ovládaných spojek
3.3.1 Výsuvné spojky Výsuvné spojky umožňují odpojení hnací a hnané hřídele a to buďto za chodu stroje nebo v klidu. Výsuvné spojky mají mít tyto vlastnosti: •
lehké, rychlé a bezrázové zapínání a vypínání
•
spolehlivé spojení hnací a hnané hřídele po zapnutí
20. ledna 2008
Strana 17/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky •
malé opotřebení a zahřívání (u třecích spojek) a to i při velké frekvenci zapínání
•
co nejmenší rozměry
Jak je uvedeno v obr. 13, můžeme tyto spojky rozdělit buďto podle způsobu zapínání (mechanicky, hydraulicky, pneumaticky nebo elektricky řazené) nebo podle způsobu přenosu kroutícího momentu (zasouvané za klidu – zubové se zuby umístěnými buďto na obvodu nebo na čelech hnacího a hnaného členu; třecí – čelní, kuželové, válcové). Častěji se využívají třecí spojky, neboť umožňují zapínání a vypínání spojky za chodu stroje, což je typické např. u automobilů. Obrázek 14 - Lamelová spojka
Funkce lamelové spojky zobrazené v obr. 14: Kroutící moment se přenáší z hnací hřídele 1 přes těleso 3 na vnější lamely 6. Tyto lamely jsou uloženy střídavě s lamelami hnané části 5, které jsou k hnacím lamelám 6 přitlačovány kroužkem 5 pomocí přítlačných pák 9 (rovnoměrně uložených po obvodu spojky). Tyto páky jsou ovládány posuvem objímky 13. Velikost přítlačné síly je nastavena maticí 12, která je pojištěna pojistkou 10 ovládanou páčkou 11. Při stlačení lamel na sebe vznikají třecí síly, které přenesou kroutící moment přes hnané těleso 4 na hnanou hřídel 2. Pokud spojka pracuje v olejové lázni, jsou stykové plochy lamel ocelové. Pokud nejsou lamely mazány, používá se na výrobu lamel Ferdo nebo kovokeramické materiály. tento typ spjky se používá např. u obráběcích nebo textilních strojů, u motocyklů atd.
20. ledna 2008
Strana 18/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 15 - Disková spojka
Disková spojka (obr. 15) používaná u motorových vozidel přenáší kroutící moment z hnacího setrvačníku 1 přes oboustranně obloženou lamelu 2 na hnanou hřídel 3. V okamžiku zmáčknutí spojkového pedálu automobilu se pomocí pák 6 odtáhne přítlačný kotouč 4 od lamely a přestane se předávat kroutící moment. Pokud je spojkový pedál puštěn, přitlačí pružiny 5 kotouč 4 zpátky na lamelu 2.
3.3.2 Pojistné spojky Další velmi používanou skupinou spojek jsou pojistné spojky, které zamezují přetížení strojů. Při překročení nastaveného momentu se samy vypínají buďto porušením pojistného elementu nebo vyklouznutím spojovacího členu nebo prokluzem hnacího a hnaného členu. Typickou ukázkou pojistné spojky s porušením pojistného elementu je pojistná spojka se střižnými kolíky (obr. 16). Jedná se vlastně o kotoučovou spojku, kde je místo spojovacích šroubů použit kolík pevnostně dimenzovaný na střih tak, že dosažení nastaveného momentu se přestřihne. Tato spojka má výhodu v bezpečném odpojení hnací a hnané části, ovšem zprovozuschopnění spojky vyžaduje výměnu spojovacího členu (kolíku). Kolík je uložen v kalených pouzdrech, aby nedocházelo k otlačení jeho povrchu a aby byl namáhán na čistý střih.
20. ledna 2008
Strana 19/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 16 - Pojistná spojka se střižným kolíkem
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Pojistná spojka se střižným kolíkem: DWF INVENTOR
Výhodou tohoto typu pojistných spojek je bezpečné a trvalé odpojení hnacího a hnaného členu při přetížení. Nevýhodou je nutná výměna spojovacího členu, což vyžaduje alespoň částečnou demontáž spojky a tím i po určitou dobu odstavení zařízení. U vysmekovací pojistné spojky znázorněné na obr. 17 tvoří spojovací člen kuličky vtlačované do hnacího členu pomocí pružiny. V případě překročení nastavené velikosti kroutícího momentu (nastavuje se předpětím pružiny) překoná obvodová síla působící na kuličky sílu pružiny a kulička se vtlačí do prostoru v hnaném členu a spojka se rozpojí. Jakmile kroutící moment poklesne, kulička se vrátí zpět a oba členy se spojí. Obrázek 17 - Vysmekovací pojistná spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Vysmekovací pojistná spojka:
DWF INVENTOR
Příkladem prokluzovacích spojek jsou třecí pojistné spojky (obr. 18). Jejich funkce je stejná jako u lamelových výsuvných spojek pouze s tím rozdílem, že ovládání vzájemného přitlačování lamel 3 není vnější silou, ale pružinou 5 přes přítlačnou desku 4. Předpětí pružiny je nastavitelné pomocí šroubu 6. V okamžiku překročení nastaveného kroutícího momentu začnou lamely prokluzovat a hnací (1) a hnaná (2) část spojky se rozpojí.
20. ledna 2008
Strana 20/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 18 - Prokluzovací lamelová spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Prokluzovací lamelová spojka:
DWF INVENTOR
Nevýhodou vysmekovacích a prokluzovacích spojek je jejich opotřebení, u třecích spojek navíc vznik velkého množství tepelné energie. Nemohou se tedy používat pro delší odpojení hnacího a hnaného stroje. Naopak jejich výhodou je automatické spojení hnacího a hnaného členu, pokud poklesne kroutící moment pod nastavenou mez.
3.3.3 Rozběhové spojky Ze vzorce pro výpočet kroutícího momentu při rotačním pohybu Mk = P / ω = P / (2 . π . n) je vidět, že při malých otáčkách přenáší spojka velký kroutící moment. Velikost tohoto momentu klesá se stoupajícími otáčkami. U spojek, které mají přenést vysoký výkon, by mohl nastat problém s dimenzováním spojky při malých otáčkách, tedy při rozběhu. Proto byly vyvinuty spojky které se rozbíhají „naprázdno“ (bez zatížení) a hnací s hnaným členem se spojí až po dosažení určitých otáček. U rozběhové spojky podle obr. 19 má hnací člen 1 na svém obvodu „zuby“ s velkými mezerami, zatímco hnaný člen 3 má svůj vnitřní obvod hladký. Do mezer mezi zuby hnacího členu jsou volně vloženy segmenty 2 – spojovací členy. Začne-li se hnací člen otáčet, unáší s sebou pomocí zubů také spojovací segmenty. Při zvyšování otáček se zvyšuje odstředivá síla působící na spojovací segmenty. Tato odstředivá síla přitlačuje spojovací segmenty na vnitřní plochu hnaného členu. Mezi těmito plochami vzniká tření. V okamžiku, kdy třecí síla překoná odpor zatěžujícího kroutícího momentu, roztočí se i hnaný člen 3. Při poklesu otáček se spojka opět rozpojí. Navíc tato spojka může fungovat i jako pojistná třecí spojka. 20. ledna 2008
Strana 21/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 19 - Rozběhová spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Rozběhová spojka:
DWF INVENTOR
3.3.4 Volnoběžné spojky U některých druhů spojení může za provozu dojít k tomu, že hnaná hřídel se otáčí rychleji než hřídel hnací. V těchto případech funguje hnací část jako brzda a může dojít k poškození hnacího stroje. Příkladem tohoto stavu je jízdní kolo při jízdě z kopce. První jízdní kola měly šlapadla pevně spojená s kolem a při jízdě z kopce se otáčela, takže pohyb nohou musel kopírovat rychlost jízdy. Aby se tomuto zabránilo, používají se volnoběžné spojky. Tyto spojky přenáší kroutící moment pouze směrem z hnací do hnané části a obráceně ne. U jízdního kola je to tzv. „cvrk“. Princip volnoběžné spojky je v obr. 20. Vnitřní hnací člen má přibližně trojúhelníkový tvar. Vnější hnaný člen má válcový tvar. Mezi těmito členy vznikají klínové mezery, ve kterých jsou umístěny spojovací členy – kuličky nebo válečky. Tyto spojovací členy mohou být do klínových mezer vtlačovány pomocí pružin. Směr otáčení u zobrazeného příkladu je ve směru hodinových ručiček. Při tomto směru otáčení se spojovací kuličky nebo válečky rozepřou v klínové mezeře mezi hnací a hnaný člen a pomocí tření se přenáší síla do hnaného členu. V okamžiku, kdy se hnaný člen začne otáčet rychleji než člen hnací, spojovací členy se uvolní a spojka se rozpojí.
20. ledna 2008
Strana 22/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 20 - Volnoběžná spojka
3D modely k obrázku ve formátu DWF a INVENTOR: •
Volnoběžná spojka:
DWF INVENTOR
3.4 Hydraulické spojky U hydraulických spojek je spojovacím členem kapalina. Výkon mezi hnacím a hnaným členem se přenáší pomocí vnitřního tření v kapalině. Proto se u těchto spojek vyuýívají viskózní kapaliny – např. olej. Hydraulické spojky se dělí na hydrostatické a hydrodynamické. Typickým příklade hydrodynamické spojky je spojka uvedená na obr. 21.
20. ledna 2008
Strana 23/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky Obrázek 21 - Hydrodynamická spojka
Hnací hřídel 1 pohání hnací část 3, což je vlastně zvláštní kolo čerpadla, které má radiálně umístěné lopatky rozdělující prostor v kole na jednotlivé přepážky. Při rotaci dochází vlivem otáčení lopatek k rotaci kapaliny v oběžném kole a tento proud kapaliny se šíří přes malou mezeru do hnaného kola 4, což je turbínové kolo. Toto kolo je také rozděleno radiálními lopatkami na přepážky. Proud kapaliny působí na lopatky kola 4 a roztáčí toto kolo, které pohání hnanou hřídel 2.Aby mohlo dojít k vzájemnému působení kolo čerpadla – kapalina – kolo turbíny, musí být mezi těmito členy vzájemný relativní pohyb. Tzn., že otáčky hnané hřídele jsou vždy menší než otáčky hnací. Tento rozdíl otáček se nazývá skluz. Skluz je tím větší, čím větší je přenášený kroutící moment. Hydrodynamická spojka tedy funguje současně jako spojka pojistná i pružná. Její nevýhodou je, že přenáší pouze menší výkony.
3.5 Elektromagnetické spojky U elektromagnetických spojek je spojovacím členem elektromagnetická indukce. Jejich funkce je analogická jako funkce elektromotoru nebo generátoru pouze s tím rozdílem, že rotační elektromagnetické pole je tvořeno rotováním obou částí stroje. Elektromagnetická indukce může být vyvolána buďto trvalými magnety nebo elektromagnety. Obdobně jako u hydrodynamickým spojek je pro řádnou funkci spojky nutný skluz mezi hnací a hnanou částí.
20. ledna 2008
Strana 24/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
3.6 Autotest 7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
Hřídelové spojky se dělí na •
pevné, vyrovnávací a pružné spojky
•
mechanicky neovládané, mechanicky ovládané, hydraulické a elektromagnetické spojky
•
pojistné, rozběhové a volnoběžné spojky
Korýtková spojka umožňuje •
pouze přenos kroutícího momentu
•
kromě přenosu kroutícího momentu i vyrovnání malých nepřesností hnací a hnané hřídele
•
kromě přenosu kroutícího momentu i odpružení hnací a hnané části
Nevýhodou trubkové spojky je •
její výrobní náročnost
•
nutnost axiálního posunu hnacího a hnaného stroje při montáži a demontáži
•
přenos pouze malých kroutících momentů
Spojovací šrouby u kotoučové spojky jsou namáhány •
na tah
•
na střih
•
na kombinaci tahu a střihu
Úplný název kardanu je •
axiální ozubcová spojka
•
radiální zubová spojka
•
kloubová spojka
Charakteristika pružné spojky je závislost •
zatížení spojky na otáčkách
•
otáček spojky na vzájemném pootočení hnací a hnané části
•
vzájemného pootočení hnací a hnané části na zatížení spojky
Výsuvné spojky umožňují •
vzájemné odpojení a spojení hnací a hnané části vlivem vnějšího impulzu
•
vzájemné odpojení hnací a hnané části při přetížení spojky a jejich následné spojení, pomine-li účinek přetížení
•
vzájemné odpojení hnací a hnané části při rázovém zatížení spojky a jejich opětovné spojení, pomine-li účinek rázu
20. ledna 2008
Strana 25/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky 14)
15)
16)
17)
Při zmáčknutí spojkového pedálu u automobilu se spojka •
rozpojí
•
spojí
•
rozpojí nebo spojí - podle konstrukce motoru
Funkce rozběhových spojek je následující: •
Spojují hnací a hnanou hřídel při rozběhu stroje. Po dokončení rozběhu se spojka rozpojí.
•
Při rozběhu stroje je spojka vypnuta. Po dosažení určitých otáček se spojka zapne.
•
Lze ji nastavit buďto tak, že je zapnutá pouze při rozběhu nebo až po rozběhu stroje.
Volnoběžná spojka umožňuje •
předbíhání hnaného členu před hnacím
•
předbíhání hnacího členu před hnaným
•
volné otáčení hnané hřídele při nezatíženém stroji
Skluz u hydraulických a elektrických spojek je •
vzájemné tření hnací a hnané části spojky
•
axiální pohyb hnací nebo hnané části spojky po hřídeli
•
rozdíl hnacích a hnaných otáček
20. ledna 2008
Strana 26/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky
Seznam literatury 1. R. Kříž – Strojní součásti I 2. Strojnické tabulky
Seznam správných odpovědí na autotesty 1)2, 2)1, 3)2, 4)2, 5)1, 6)3, 7)2, 8)1, 9)2, 10)1, 11)3, 12)3, 13)1, 14)1, 15)2, 16)1, 17)3
Seznam obrázků Obrázek 1 - Obecné schéma spojky ........................................................................................... 4 Obrázek 2 - Rozdělení mechanicky neovládaných spojek....................................................... 10 Obrázek 3 - Korýtková spojka ................................................................................................. 11 Obrázek 4 - Kotoučová spojka ................................................................................................. 11 Obrázek 5 - Spojka s čelními zuby........................................................................................... 12 Obrázek 6 - Axiální ozubcová spojka ...................................................................................... 12 Obrázek 7 - Kardan .................................................................................................................. 13 Obrázek 8 - Univerzální zubová spojka ................................................................................... 14 Obrázek 9 - Charakteristika pružiny ........................................................................................ 14 Obrázek 10 - Spojka se šroubovitými pružinami ..................................................................... 15 Obrázek 11 - Bibi spojka.......................................................................................................... 15 Obrázek 12 - Čepová spojka .................................................................................................... 16 Obrázek 13 - Rozdělení mechanicky ovládaných spojek......................................................... 17 Obrázek 14 - Lamelová spojka................................................................................................. 18 Obrázek 15 - Disková spojka ................................................................................................... 19 Obrázek 16 - Pojistná spojka se střižným kolíkem .................................................................. 20 Obrázek 17 - Vysmekovací pojistná spojka ............................................................................. 20 Obrázek 18 - Prokluzovací lamelová spojka............................................................................ 21 Obrázek 19 - Rozběhová spojka............................................................................................... 22 Obrázek 20 - Volnoběžná spojka ............................................................................................. 23 Obrázek 21 - Hydrodynamická spojka..................................................................................... 24
Rejstřík axiální ozubcová spojka ..........................12
Disková spojka........................................ 19
čepová spojka ..........................................15
elektromagnetické spojky ......................... 9
20. ledna 2008
Strana 27/28
Stavba a provoz strojů 1 - Hřídelové spojky hnací člen...................................................4
provozní součinitel.................................... 8
hnaný člen .................................................4
pružná obručová spojka .......................... 16
hydraulické spojky ....................................9
spojka s hadovitými pružinami ............... 15
charakteristika spojky..............................14
spojka se šroubovitými pružinami .......... 15
kardan ......................................................13
spojovací člen ........................................... 4
korýtková spojka .....................................10
trubková spojka....................................... 10
kotoučová spojka.....................................11
třecí spojka.............................................. 10
lamelové spojky.......................................18
třecí spojky.............................................. 18
mechanicky neovládané spojky.................9
Univerzální zubová spojka...................... 13
mechanicky ovládané spojky ....................9
volnoběžné spojky .................................. 22
pojistná spojka se střižnými kolíky .........19
20. ledna 2008
Strana 28/28
