Podstawy Projektowania

Inżynierskiego

Sprzęgła i hamulce

Prowadzący:

dr inż. Piotr

Chwastyk

e-mail: p.chwastyk@po.opole.pl

www.chwastyk.po.opole.pl

P o l i t e c h n i k a O p o l s k a

Wydział Zarządzania i Inżynierii Produkcji

Instytut Inżynierii Produkcji

Sprzęgła i hamulce – nr 2

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła

Sprzęgłem – nazywamy zespół układu napędowego,
przeznaczony do łączenia wałów i przekazywania momentu
obrotowego z wału czynnego na bierny, bez zmiany kierunku
ruchu obrotowego.

Zastosowanie sprzęgieł:

•upraszczają rozwiązania konstrukcyjne;

•pozwalają na stosowanie uniwersalnych silników;

•zwiększają obciążenia skrętne wału;

•pozwalają rozłączać napęd;

•zabezpieczają przed przeciążeniami.

PN wyodrębnia 36 rodzajów sprzęgieł (normy określają
warunki pracy, wartość maksymalnych obciążeń, gabaryty,
ciężar).

Sprzęgła i hamulce – nr 3

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła

Podstawowym zadaniem sprzęgieł jest przenoszenie momentu
obrotowego oraz łączenie wałów, zwłaszcza wałów niedokładnie
ustawionych względem siebie. W tym wypadku stosuje się
sprzęgła nierozłączne sztywne lub samonastawne.

Drugie zadanie to łagodzenie obciążeń dynamicznych w czasie
nagłego włączenia napędu, uderzenia lub zmiany obciążenia. Tu
wykorzystuje się sprzęgła podatne.

Inne zadanie to konieczność łączenia i rozłączania wałów w
trakcie pracy, unieruchamiania zespołu roboczego bez
zatrzymywania silnika, zmiana prędkości obrotowej lub kierunku
obrotu. W tym celu stosuje się sprzęgła sterowane.

W celu ochrony ważniejszych mechanizmów przed przeciążeniami
stosuje się sprzęgła bezpieczeństwa (przeciążeniowe). Działanie
tych sprzęgieł jako bezpiecznika polega na zasadzie niszczenia
łącznika lub poprzez poślizg na wykładzinach ciernych.

Pewne mechanizmy wymagają takiego połączenia wałów, aby
wybrany wał obracał się tylko w jednym kierunku, nie
przenosząc momentu obrotowego w przypadku przeciwnego
kierunku

obrotu.

Takie

zadania

spełniają

sprzęgła

jednokierunkowe.

Sprzęgła i hamulce – nr 4

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła

Sprzęgło składa się z:

• członu czynnego;

• członu biernego;

• łącznika.

Łącznik – określa sposób przenoszenia M

i jednocześnie

charakteryzuje dane sprzęgło (kołki, śruby, elementy podatne,
ciecz).

Oprócz przenoszenia M

sprzęgła spełniają dodatkowe zadania:

• pozwalają na pewien uchyb współosiowości (sprzęgła luźne

lub podatne);

• wiążą w jedną sztywną całość ogniwa napędu, przez co

umożliwiają przeniesienie M

(sprzęgła sztywne);

• łagodzą gwałtowne zmiany obciążeń (sprzęgła podatne);

• tłumią drgania skrętne (s. podatne);

• pozwalają łączyć wały ustawione pod znacznym i zmiennym

kątem (s. wychylne);

• zabezpieczają mechanizmy napędu przed przekroczeniem

granicznego obciążenia (s. bezpieczeństwa) i granicznej
prędkości (s. odśrodkowe);

• umożliwiają przełączanie sprzęgieł (s. sterowane).

Sprzęgła i hamulce – nr 5

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Normalizacja oraz dobór sprzęgieł

Podstawowy

parametr

charakteryzujący

sprzęgło

przenoszony M

. Wyznaczamy go z wzoru liczbowego:

]

[

9550

M 

gdzie:
P – moc [kW],
n – prędkość obrotowa
[obr/min]

Chcąc uwzględnić możliwość występowania przeciążeń w
czasie pracy sprzęgła stosujemy współczynnik przeciążeń K i
ustalamy maksymalny moment obrotowy.

max

= M



Sprzęgła i hamulce – nr 6

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła nierozłączne

Sprzęgła nierozłączne – sprzęgła, w których człony czynny i
bierny są połączone trwale. Dzielimy je na:

• sprzęgła sztywne – uniemożliwiają przesunięcia

względne miedzy członami w czasie pracy.

• sprzęgła samonastawne – niewielkie przesunięcia

wzdłużne i poprzeczne wałów;

• sprzęgła podatne – łącznikiem jest element sprężysty.

Sprzęgła sztywne – wymagają współosiowości łączonych
wałów. Dzielą się na: tulejowe, łubkowe, kołnierzowe.

Sprzęgła i hamulce – nr 7

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sztywne tulejowe

Sprzęgło tulejowe kołkowe – tuleja jest członem czynnym i biernym a
kołki i wpusty łącznikiem.

Sprzęgło sztywne tulejowe z kołkami: 1 – wał czynny, 2 – wał bierny, 3 – tuleja, 4 - kołki

Sprzęgła i hamulce – nr 8

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sztywne tulejowe

Rys. Sprzęgło sztywne tulejowe z wpustami: 1 – wał czynny, 2 – wał bierny, 3 –

tuleja, 4 – wpusty, 5 – wkręt ustalający

Sprzęgła i hamulce – nr 10

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sztywne tulejowe











Obliczenia sprowadza się do ustalenia wymiarów łącznika z
warunków wytrzymałościowych.

Kołki narażone są na ścinanie:

gdzie:

– średnica kołka;

n – liczba przekrojów ścinanych.









max

gdzie:

d – średnica wału.

Przy zastosowaniu wpustu – obliczenia na naciski.
Osadzanie tulei na wale – pasowanie mieszane J8/h7 lub M8/h7.
W połączeniach skurczowych – pasowanie ciasne U8/h7.
Wymiary tulei: l = 3d, D = 2d.
Wada tych sprzęgieł – konieczność znacznych przesunięć osiowych.

Sprzęgła i hamulce – nr 11

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła łubkowe

Sprzęgło łubkowe – składa się z dwóch łubków obejmujących
końce łączonych wałów oraz elementy złączne. Pomiędzy łubkami
pozostawiona jest szczelina (1 do 2 mm).

Parametry sprzęgieł łubkowych:
M

– realizuje przenoszenie M

. Wpust służy jako dodatkowe

(przeciążeniowe) zabezpieczenie przed poślizgiem.

Zakres średnic – 25  140 mm

Maksymalny moment – 160  12500 Nm

Masa elementu – 3  120 kg

Zalety – łatwy montaż i demontaż.
Wady – duże wymiary, masa, niemożność wyważenia (tylko

do napędów wolnobieżnych).

Sprzęgła i hamulce – nr 12

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe (kołnierzowe)

Dwie tarcze złączone śrubami, osadzamy na wałach przy
pomocy wpustów. Aby zapewnić współosiowość wykonywane
są wytoczenia środkujące na płaszczyznach czołowych.

Rys. Sprzęgło sztywne tarczowe bez obrzeży ochronnych

Sprzęgła i hamulce – nr 13

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe (kołnierzowe)

Rys.Sprzęgło sztywne tarczowe z obrzeżami ochronnymi

Sprzęgła i hamulce – nr 14

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe (kołnierzowe)

Rys. Sprzęgło sztywne tarczowe z wkładką środkującą: 1 – tarcze, 2 - wkładka

Sprzęgła i hamulce – nr 15

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe (kołnierzowe)

Sprzęgła stosujemy do łączenia wałów o:

Zakresie średnic – 25  200 mm
Maksymalny moment – 310  60000 Nm
Masa elementu – 6  250 kg
Oznaczenie sprzęgła kołnierzowego o średnicy otworu

d = 60 mm:

SPRZĘGŁO KOŁNIERZOWE 60 PN – 66 /M - 85251

Sprzęgła te wymagają przy demontażu rozsunięcia

tarcz.

Sprzęgła i hamulce – nr 16

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła samonastawne

Sprzęgła samonastawne – umożliwiają niewielkie zmiany
względnego położenia osi i wałów. Zmiany te mogą mieć charakter
trwały lub wolno zmieniający się w czasie. Przemieszczenia
względne wałów mogą być:

• poprzeczne;

• wzdłużne;

• kątowe (poprzeczne, wzdłużne, kątowe).

Rys. Przemieszczenia osi wałów: a) poprzeczne, b) wzdłużne, c) kątowe

Sprzęgła te mogą kompensować przemieszczenia jednego rodzaju lub
złożone. Charakteryzują się luzami i możliwością ślizgania się
współpracujących części po sobie.
Małe obciążenia i wymiary – występ na powierzchni czołowej jednego
z wałów jest wprowadzony w wycięcie drugiego z wału.

Sprzęgła i hamulce – nr 17

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła kłowe

Sprzęgła kłowe – przesunięcie wzdłużne wałów w granicach luzu
osiowego. Łącznikiem są kły. Wymiary i liczby kłów – wg
warunków wytrzymałościowych i technologicznych. Możliwość
środkowania.

Sprzęgła i hamulce – nr 18

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła kłowe

Rys. Sprzęgło samonastawne kłowe: a) środkowane w otworze członu,

b) środkowane za pomocą tulejki

Sprzęgła i hamulce – nr 19

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła kłowe

Sprzęgło

OLDHAMA

–

przesunięcie poprzeczne x, oraz
odchylenia

kątowe



kompensacja przemieszczeń.

Tarcze

osadzone

wałach – łącznikiem jest
osobna tarcza współpracująca
z kłami obu tarcz.

Maksymalna

wartość

przesunięć x



0,1d oraz







Łączymy wały:

d = 40  120 mm,
M = 650  8000 Nm,
n

max

= 200 obr/min,

dla wałów dużych n

max

= 130

obr/min.

Rys. Sprzęgło Oldhama: a) z

kłami prostymi, b) z wkładką

tekstolitową, c) z kłami o

zarysie ewolwentowym.

Sprzęgła i hamulce – nr 20

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła zębate, przegubowe

Sprzęgła zębate – kompensują wszystkie rodzaje
przemieszczeń. Tarcze uzębione osadzane są na wałach,
współpracują z tulejkami o uzębieniu wewnętrznym. Obie
tuleje połączone są śrubami.
Sprzęgła zębate dzielimy na:

•jednostronne;

•dwustronne.

Oba rodzaje mają jednakowe parametry:
d = 20  280 mm;

M = 630 Nm  160 kNm;

n = 500  3000

obr

min

Uniwersalny charakter pracy tych sprzęgieł wynika ze

specjalnych kształtów zębów oraz luzów międzyzębnych.
Dla uzębień wewnętrznych stosuje się zęby niskie o
wysokości głowy zęba h

= 0,8m a dla uzębień

zewnętrznych zęby normalne.

Rys. Zęby sprzęgieł: a) proste, b) łukowe

Sprzęgła i hamulce – nr 21

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła zębate, przegubowe

Sprzęgła przegubowe (Cardana) – służą do łączenia wałów, których
osie przecinają się. Sprzęgła te nie kompensują innych odchyłek
położenia osi.

Chwilowy stosunek prędkości kątowych łączonych wałów nie jest stały
– zależy od kąta  jaki tworzą osie wałów. Wadę tę wyeliminuje

sprzęgło podwójne lub zdwojony przegub Cardana.

Rys. Podwójny przegub Cardana z wałkiem pośrednim zapewniający równość

prędkości kątowych wałka biernego i wałka czynnego: a) wały czynny i bierny o

osiach równoległych przesuniętych, b) wały czynny i bierny o osiach tworzących kąt



Sprzęgła i hamulce – nr 22

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła przegubowe kulowe

Stałą prędkość kątową wału napędzanego zapewniają
sprzęgła przegubowe – kulowe.

Rys. Sprzęgło przegubowe kulowe synchroniczne: 1 – wał, 2 – trzpień

prowadzący, 3 – koszyk, 4 – wał, 5 – główka wału, 6 – kulki, 7 –

obudowa, 8 – koszyk, 9 – sprężyna, 10- trzpień

Sprzęgła i hamulce – nr 23

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła podatne

Sprzęgła podatne – podstawowym elementem jest łącznik podatny
sprężysty,

którego

zadaniem

jest

umożliwienie

chwilowego

względnego obrotu wału biernego w stosunku do czynnego.
Dzięki podatności łącznika możemy zmniejszyć obciążenie dynamiczne
występujące w układzie napędowym, łagodzić drgania.

Sprzęgła

kabłąkowe

(oponowe) – dwie tuleje z
przyspawanymi tarczami, rolę
łączników spełniają cztery
taśmy gumowe przykręcone
śrubami (łącznikiem może
być opona gumowa). Sprzęgła
tego typu mają średnicę
zewnętrzną 180350 [mm] i

przenoszą

max.

=2503000[Nm].

Rys. Sprzęgło kabłąkowe

Sprzęgła i hamulce – nr 24

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła podatne

Rozróżniamy również:

• sprzęgła wkładkowe tulejkowe (palcowe);

Rys. Sprzęgło podatne tarczowe sworzniowe z wkładkami gumowymi:

1,2 – człony sprzęgła, 3 – sworzeń, 4 – wkładka, 5,6 – podkładki, 7 –

nakrętka, 8 – pierścień osadczy

Sprzęgła i hamulce – nr 25

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła podatne

• sprzęgła z pakietami sprężyn płaskich;

Rys. Sprzęgło podatne z pakietami sprężyn płytkowych

ustawionych promieniowo: 1,5 – człony sprzęgła, 2 –

kołnierz, 3 – pierścień dystansowy, 4 – śruby łączące, 6 –

uszczelnienie

Sprzęgła i hamulce – nr 26

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła podatne

•sprzęgła ze sprężyną wężykową.

Rys. Sprzęgło podatne ze sprężyną wężykową: 1,2 – człony

sprzęgła, 3 – występy, 4 – sprężyna, 5,6 – połówki obejmy

Sprzęgła i hamulce – nr 27

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sterowalne

Sprzęgła sterowane – są to sprzęgła wyposażone w

urządzenia za pomocą, których można dokonywać łączenia i
rozłączania napędu przenoszącego M

Sprzęgła sterowane dzielimy na:

• sprzęgła przełączalne synchroniczne (kształtowe);

• sprzęgła przełączalne asynchroniczne (cierne).

Sprzęgła kłowe – składają się z dwóch tarcz, jednej

spoczynkowej na wale napędowym, drugiej przesuwnej na
wpuście lub wielowypuście na wale napędzanym.

Sprzęgła zębate – dwie tarcze, jedna z uzębieniem

zewnętrznym a druga z wewnętrznym. Podobnie jak w
sprzęgłach kłowych zębom nadaje się kształty ułatwiające
włączanie.

Sprzęgła i hamulce – nr 28

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sterowalne

Różnice prędkości obu tarcz:

V2 – V1



0,7



0,8

( do 1500

obr

min

)

Przekrój kłów – zazwyczaj trapezowy z kątem przyporu 2 

8 po stronie roboczej.

Po stronie nieroboczej kąt 50  70 w celu łatwego

wyłączenia sprzęgła

Rys. Sprzęgło włączalne kłowe

Sprzęgła i hamulce – nr 29

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sterowalne

Rozłącznie sprzęgła może odbywać się bez żadnych ograniczeń,
natomiast sposób łączenia uzależniony jest od specyficznych jego cech
konstrukcyjnych.
Rodzaje kłów:

• trapezowe;

• trójkątne: symetryczne i niesymetryczne;

• z ułatwionym włączaniem;

• prostokątne.

Rys. Sprzęgła kłowe: a, b) przekroje wzdłużne tarcz, c) rodzaje kłów

Sprzęgła i hamulce – nr 30

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła sterowalne

Rys. Sprzęgło zębate przełączalne: a) sprzęgło, b) kształty

zębów, c) sprzęgło z synchronizatorem: 1 – uzębienie, 2 –

łącznik, 3 – człon czynny (synchronizator), 4 – sprzęgiełko

cierne stożkowe

Sprzęgła i hamulce – nr 31

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła asynchroniczne

Zasada działania – tarcze sprzęgieł są dociskane siłą wywołującą
na powierzchniach ciernych siłę tarcia przenoszącą M

z wału

czynnego na bierny.
Podstawowa cecha – możliwość włączenia przy różnych obrotach
członów. Od włączenia do pełnej synchronizacji następuje poślizg
– nagrzewanie i zużywanie tarcz.
Poślizg – nagrzewanie i zużywanie tarcz.
Żądane właściwości materiału na powierzchnie cierne:

• duże współczynnik tarcia ();
• duża wytrzymałość mechaniczna;
• dobre przewodnictwo cieplne;
• odporność na zużycie;
• brak skłonności do zatarć.

Sprzęgła pracują:

• na sucho;
• ze smarowaniem – mniejsze zużycie, mniejszy współczynnik

tarcia, możliwość przeniesienia większych nacisków
powierzchniowych + chłodzenie.

Sprzęgła i hamulce – nr 32

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe

Zabezpieczamy się przed szybkim zużyciem, przyjmując:
M



max

= M



Wartość K przyjmujemy z poniższej tablicy.

Orientacyjne wartości współczynnika przeciążenia K dla sprzęgieł

Ponieważ T zależy od F

(T = F

 )

gdzie:

T – siła tarcia.

gdzie:

– średnia średnica tarcia;

– siła docisku.











Sprzęgła i hamulce – nr 33

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe

Rys. Sprzęgło cierne tarczowe

włączane mechanicznie firmy

Ortlinghaus: 1 – tarcza cierna, 2 –

tarcza dociskowa, 3 – piasta, 4 –

dźwignia, 5 – pierścień dociskowy,

6 – tarcza zabierakowa

Sprzęgła i hamulce – nr 34

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe











Wymiary tarcz przyjmujemy wg zaleceń:

Sprzęgła tarczowe:

= (4



6)d

Sprzęgła wielopłytkowe:

= (2



4)d

Sprzęgła stożkowe:

= (3



10)d

gdzie:

d – średnica wału pod sprzęgło

Wartość nacisków powierzchniowych:

Oznaczamy szerokość powierzchni ciernej jako b a pole powierzchni styku tarcz jako S:



















Sprzęgła i hamulce – nr 35

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe











Na podstawie powyższych
zależności

otrzymujemy

warunek

naciski

powierzchniowe:

– z tablicy

Zapewnić prawidłowy rozkład nacisków możemy poprzez przyjęcie:

b = (0,150,3)D

– sprzęgła tarczowe + sztywna konstrukcja

tarczy.

b = (0,1  0,25)D

– sprzęgła wielopłytkowe + sztywna

konstrukcja tarczy.

Sprzęgła i hamulce – nr 36

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła tarczowe

W sprzęgłach ciernych może ulec zamianie na ciepło do 50 %
energii. Zapobiegamy temu przyjmując:



max

Nagrzewanie sprzęgieł zależy od:

•przewodności cieplnej materiałów ciernych;

•powierzchni odprowadzania ciepła;

•liczby włączeń (na godzinę).

W obliczeniach uwzględniamy, że jednostkowa praca tarcia (



= const) jest proporcjonalna do (p



v). Wartość v wyznaczamy

na D

Ponieważ od jednostkowej pracy tarcia zależy ilość ciepła
wyzwalającego się na jednostce powierzchni sprzęgła,
możemy napisać warunek na rozgrzewanie:

(p  v)

rzecz

 (p  v)

dop

[

(ms)

]

(p  v)

dop

– wg zaleceń

Sprzęgła i hamulce – nr 37

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgło cierne wielopłytkowe









)

(





Tok obliczeń jest taki sam jak przy obliczaniu sprzęgieł tarczowych, ale
uwzględniamy większą liczbę powierzchni ciernych. Jeżeli ilość płytek
wynosi i, to ilość powierzchni ciernych i – 1.



dop

– 2  4 razy mniejsze

Rys. Sprzęgło cierne wielopłytkowe z włączaniem mechanicznym produkcji FUMO: 1
– człon sprzęgła (tuleja), 2 – człon sprzęgła (zabierak), 3 – dźwignia, 4 – pierścień
włączający, 5 – nakrętka regulacyjna, 6 – płytka zewnętrzna, 7 – płytka wewnętrzna,
8 – płytka dociskowa

Sprzęgła i hamulce – nr 38

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgło cierne stożkowe

Rys. Sprzęgło cierne z dwiema tarczami stożkowymi firmy
Lohman i Stolterhoft: 1 – tarcze cierne, 2 – dźwignia włączająca,
3 – sworzeń łączący tarcze cierne z członem

Zaleta – możliwość uzyskania M

jak w sprzęgle tarczowym przy mniejszej F

Sprzęgła i hamulce – nr 39

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgło cierne stożkowe



sin

F 





sin









Do obliczeń wprowadzamy siłę F

wywołującą tarcie:

gdzie:

– siła nacisku;

Siła tarcia na powierzchniach ciernych



= 15







(zalecane)

Podobnie jak przy obliczeniach tarcia w
gwintach wprowadzamy pozorny
współczynnik tarcia.





sin

'

Sprzęgła i hamulce – nr 40

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgło cierne stożkowe

sin





























sin

obliczamy jak dla sprzęgła tarczowego uwzględniając



Na podstawie powyższych zależności:

gdzie:

p - wartośc nacisków powierzchniowych.

I ostatecznie otrzymujemy warunek na naciski dla sprzęgieł tarczowych:











sin













Sprzęgła i hamulce – nr 41

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła samoczynne

Sprzęgła samoczynne – umożliwiają łączenie lub rozłączanie wału
bez obsługi. Najczęściej wykorzystujemy siłę bezwładności, zmianę
kierunku ruchu obrotowego na zmianę M

Dzielimy je na:

• odśrodkowe;

• jednokierunkowe;

• bezpieczeństwa (przeciążeniowe).

Rys. Sprzęgło odśrodkowe cierne

Rys. Sprzęgło odśrodkowe klockowe
firmy SUCO: 1 – wirnik, 2 – klocki, 3 –
sprężyny, 4 – nakładki cierne, 5 –
pierścienie zabezpieczające, 6 – człon
bierny

Sprzęgła i hamulce – nr 42

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Sprzęgła samoczynne

Rys. Schemat sprzęgła

jednokierunkowego

zapadkowego

Rys. Konstrukcja sprzęgła

zapadkowego: 1 – zapadki, 2 –

dźwigienki włączające

Rys. Sprzęgło bezpieczeństwa z łącznikiem trwałym

Rys. Sprzęgło bezpieczeństwa kłowe: 1 –

człon czynny, 2 – człon bierny, 3 – tuleja, 4

– sprężyna, 5 – nakrętka ustalająca, 6 –

łożysko oporowe

Sprzęgła i hamulce – nr 43

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce

Hamulce – to urządzenia służące do zatrzymywania,
zwolnienia lub regulacji ruchu maszyn.

Najczęściej spotykamy hamulce cierne. Hamulce te działają na
podobnej zasadzie jak sprzęgła cierne, lecz ich działanie jest
odwrotne, ponieważ zadaniem sprzęgieł ciernych jest nadanie ruchu
obrotowego członowi biernemu poprzez cierne sprzęgnięcie go z
obracającym się członem czynnym, natomiast zadaniem hamulca jest
zatrzymanie części czynnej hamulca poprzez sprzęgnięcie jej z
częścią nieruchomą.

Rys. Hamulce: a) stożkowy, b) wielopłytkowy, c) jednoklockowy, d) cięgnowy

Sprzęgła i hamulce – nr 44

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce

Zależnie od rodzaju mechanizmu włączającego i wyłączającego
rozróżniamy hamulce:

• cierne mechaniczne;
• hydrauliczne;
• pneumatyczne;
• elektromagnetyczne.

Hamulce cierne mechaniczne dzielimy na:

• hamulce tarczowe – stożkowe i wielopłytkowe;
• klockowe (szczękowe);
• cięgnowe (taśmowe).

Ze względu na charakter pracy dzielimy je na:

• luzowe;
• zaciskowe.

Hamulce luzowe – są stale zaciśnięte na bębnie hamulcowym i
luzowane przed uruchomieniem maszyny.
Hamulce zaciskowe – są stale swobodne, tzn. że część stała i
ruchoma są odłączone i współpracują ze sobą tylko w czasie
hamowania.

Sprzęgła i hamulce – nr 45

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe

Hamulce klockowe – dzielimy je na jedno- lub dwuklockowe. Moment
tarcia na bębnie hamulcowym ma zwrot przeciwny do zwrotu momentu
obrotowego. W celu zahamowania bębna M

musi pokonać moment

obrotowy i bezwładności hamowanego układu.

= (1,75



2,5)Mo

Większe M

przyjmujemy, gdy jest duża prędkość obrotowa układu

hamowanego oraz gdy żądamy, aby czas hamowania był krótszy.

Wartość nacisku siły klocka na bęben wynosi:















Siłę F

będziemy traktować jako siłę skupioną zastępującą obciążenie

ciągłe wynikające z nacisku klocka na bęben.

Sprzęgła i hamulce – nr 46

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe

Obliczanie hamulców jednoklockowych, polega na wyznaczeniu siły
F, którą należy przyłożyć do dźwigni hamulca, aby zahamować bęben,
na ustaleniu wymiarów szczęki hamulcowej z warunku na naciski
powierzchniowe, oraz sprawdzenia hamulca na rozgrzewanie. Na
elementy cierne hamulców stosujemy te same elementy co na sprzęgła
cierne.

hamulcu

jak

rysunku

dźwignia

hamulcowa

jest

zamocowana

przegubowo

punkcie 0, a klocek jest połączony
sztywno z dźwignią za pomocą
dwóch sworzni. Na dźwignię działa
siła F

, siła F potrzebna do

zahamowania bębna oraz siła
tarcia T między klockiem a
bębnem.

Dla dźwigni zwrot siły tarcia T jest zgodny z kierunkiem M

, a dla

bębna przeciwny.
Siły tworzą dowolny płaski układ – możemy więc wyznaczyć wartość
siły F z warunku równowagi:



l – F



a + T



e = 0

Sprzęgła i hamulce – nr 47

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe























Podstawiając do wzoru wartość T otrzymamy:

T = F







l – F

( a – e





) = 0

Wprowadzając do wzoru wartość F

otrzymujemy:

Zakładam przeciwny kierunek ruchu obrotowego bębna niż na rysunku.
Tak samo jak wyżej wyznaczamy F



















Z porównania obu wzorów, wynika, że hamulec ten nie nadaje się do
pracy przy zmianie kierunku ruchu obrotowego, ponieważ należałoby
regulować wartość siły F.

Sprzęgła i hamulce – nr 48

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe

Jeżeli kierunek ruchu obrotowego bębna ma być zmienny, można
stosować konstrukcje jak na rysunku.

Wygięcie dźwigni w ten sposób, aby jej punkt obrotu 0 leżał na linii
działania siły tarcia T powoduje, że ramię tej siły e = 0 i wobec tego e





= 0.

Wartość siły F koniecznej do zahamowania bębna wynosi wówczas:











Nie zależy ona w tym przypadku od kierunku ruchu obrotowego.

Sprzęgła i hamulce – nr 49

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe

Taki sam efekt uzyskamy mocując klocek jak na rysunku poniżej.

Siłę nacisku F

traktujemy jako siłę

działającą

sworzeń.

Wprowadzamy

osi

sworznia

zerowy układ sił T, otrzymujemy siłę
T działającą na sworzeń wzdłuż osi
dźwigni oraz moment od pary sił T.
Moment ten dąży do obrócenia
klocka i nie wpływa na obliczenia
dźwigni. Przy tej konstrukcji wartość
siły F wyznaczymy wg poprzednio
ustalonego wzoru.

Obliczenia wymiarów klocka dokonujemy z warunku na naciski powierzchniowe:







gdzie:

t – długość klocka (mierzona po cięciwie łuku);
b – szerokość klocka;
k

– naciski dopuszczalne.

Sprzęgła i hamulce – nr 50

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe

Zakładamy konstrukcyjnie „D” i „b”
Zalecenia:
D = 120 [mm] i b = 40 [mm] (160 – 50, 200 – 55, 250 –
80, 320 – 100, 400 – 125, 500 – 160, 630 – 200, 710 –
220, 800 – 250).

Szerokość bębna przyjmujemy o 10 mm większe od b,
natomiast t:

t = (0,52



0,78)D

co odpowiada kątowi pokrycia



= 60







Hamulec sprawdzamy na rozgrzewanie wg wzoru:



rzecz





dop

[MN/m



Hamulce jednoklockowe – średnica wału do 50 mm i
przenoszenie niewielkich M

Hamulce dwuklockowe – siły F

równoważą się i

umożliwiają hamowanie przy mniejszych F

Sprzęgła i hamulce – nr 51

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce klockowe

Rys. Schemat hamulca

dwuklockowego z

luzownikiem: 1 – klocki

hamulcowe, 2  5 dźwignie, 6

– ciężar, 7 – luzownik

Rys. Hamulec dwuklockowy zwierany sprężyną i zwalniany luzownikiem
elektromagnetycznym

Sprzęgła i hamulce – nr 52

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce szczękowe wewnętrzne

W hamulcu takim szczęki umieszczone są wewnątrz hamulca. Są to

hamulce zaciskowe – szczęki odsunięte od bębna dzięki sprężynom.

Zadziałanie dzięki siłom włączającym działających na swobodne

części szczęk – dociśnięcie szczęk do bębna. Gdy występują jednakowe
siły włączające (W

i W

) mamy rozwiązania w których wartości F

są różne (rys. a) lub jednakowe (rys. b).

Sprzęgła i hamulce – nr 53

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe

Hamulce

cięgnowe

–

charakteryzują

się

większą

skutecznością hamowania stosujemy, gdy występują duże M

Prosta konstrukcja, zwarta budowa.

Wada: zginanie wału pod wpływem naciągu cięgna.
Cięgna – cienka taśma stalowa wyłożona materiałem ciernym.

Gdy niewielkie M

– nie ma okładziny.

Obliczanie tych hamulców polega na określeniu M

niezbędnego do zahamowania bębna, obliczeniu wartości sił w
cięgnie oraz obliczeniu siły F jaką należy przyłożyć do końca
dźwigni.

Wartość M

ustalamy z założenia:

= (1,75



2,5)M

Gdy będziemy mieli ustaloną średnicę bębna D ( z warunków

konstrukcyjnych), możemy określić siłę tarcia T potrzebną do
zahamowania bębna.



Sprzęgła i hamulce – nr 54

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe

Rys. Hamulce cięgnowe: a) zwykły, b) różnicowy, c) sumowy

Sprzęgła i hamulce – nr 55

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe

Hamulec

zwykły

Hamulec

zwykły

–

cięgno

współpracuje z bębnem na części jego
obwodu (odpowiada to kątowi ).

W cięgnie wyróżniamy:
część czynną – nabiegającą na bęben –

działa w niej siła F

;

część bierną – działa w niej siła F

Siła F

> F

ponieważ część czynna

cięgna obciążona jest dodatkowo siłą
tarcia

wywołaną

momentem

obrotowym.

Z warunku równowagi:

T = F

– F

Stosunek sił F

i F

określa zależność (wzór Eulera). Określa on

stosunek napięć w cięgnach:

= F









Przyjmujemy kąt opasania



= 180





270



(od



do 1,5



rad). Wynika z

tego, że siła F

jest znacznie wieksza od siły F

– nawet kilkakrotnie.

Sprzęgła i hamulce – nr 56

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe

Wartość

siły

potrzebnej

zahamowania wyznaczamy z warunku
równowagi sił działających na dźwignię.
Wyznaczać je będziemy względem punktu
0, przyjmując kierunek ruchu obrotowego
jak na rysunku

W hamulcu zwykłym część czynna cięgna
zamocowana jest w punkcie obrotu
dźwigni – na dźwignię działają siły: F

oraz F
Warunek równowagi przyjmie postać:









Zalecane przełożenie dźwigni l/a = 3  6

Gdy zmienimy kierunek ruchu obrotowego, wówczas część czynna

będzie pełnić funkcje części biernej i odwrotnie.





Sprzęgła i hamulce – nr 57

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe









Hamulec różnicowy

Warunek równowagi dla hamulca różnicowego:



l + F



– F



= 0

stąd:

Po zmianie kierunku ruchu obrotowego:









Jak widać z powyższych wzorów wartość siły F jest zależna od
wartości a

i a

. Jeżeli te odległości zostaną niewłaściwie

dobrane, to można doprowadzić do sytuacji gdy siła F będzie
równa lub mniejsza od 0. Doprowadzi to do
samozakleszczenia się hamulca.

Sprzęgła i hamulce – nr 58

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe









Warunek równowagi dla
hamulca sumowego (a

= a)



l – F



a – F



a = 0
stąd:

Po zmianie kierunku ruchu obrotowego bębna (w stosunku do
podanego na rysunku) wówczas częścią czynną cięgna będzie
dotychczasowa część bierna i odwrotnie.









Hamulec sumowy

Sprzęgła i hamulce – nr 59

Sprzęgła i hamulce

dr inż. Piotr Chwastyk

Hamulce cięgnowe

Na podstawie przeprowadzonej analizy hamulców:
1. Hamulec zwykły i różnicowy zastosujemy tam, gdzie jest

stały kierunek ruchu obrotowego bębna i wału.

2. W hamulcu różnicowym odpowiednio dobierając długości

dźwigni a

i a

– regulujemy F (przy niewłaściwej długości

tych dźwigni F = 0 lub F< 0 może nastąpić
samozakleszczanie).
Aby uniknąć samozakleszczenia spełniamy warunek:







e

3. Hamulec sumowy (a

= a

= a) – siła obciążająca F jest

jednakowa dla obydwu kierunków obrotu ale dość duża
jej wartość przekreśla zastosowanie tego hamulca.

Document Outline

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
Slide 29
Slide 30
Slide 31
Slide 32
Slide 33
Slide 34
Slide 35
Slide 36
Slide 37
Slide 38
Slide 39
Slide 40
Slide 41
Slide 42
Slide 43
Slide 44
Slide 45
Slide 46
Slide 47
Slide 48
Slide 49
Slide 50
Slide 51
Slide 52
Slide 53
Slide 54
Slide 55
Slide 56
Slide 57
Slide 58
Slide 59

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EM U A wyk 11 12
Mikro1 wyk 11
Automatyka (wyk 11 12) ppt [try Nieznany
hfs wyk 11 HERAKLIT
fs wyk 11 12
prawoznawstwo, wyk,# 11
IAQ wyk 11
HG wyk 11
wyk 11 Andropauza i menopauza ppt
Intensywny nadzTçr po-oTČniczy wyk- 3.11, Położnictwo
wyk 11 tłuszcze
wyk 11 ppt
PPI wyk 3
RF.wyk.11.produkty
wyk 11 - socjo, Wykład 11

więcej podobnych podstron

PPI wyk 11

Document Outline