SPRZĘGŁA I HAMULCE
PRZEKŁADNIE MECHANICZNE
SPRZĘGŁA I HAMULCE
PRZEKŁADNIE MECHANICZNE
SPRZĘGŁA:
Zespoły łączące (sprzęgające) wały celem przeniesienia momentu i ruchu
obrotowego nazywa się sprzęgłami. Zadaniem sprzęgieł jest oprócz tego
wyrównanie błędów ustawienia osi wałów, łagodzenie gwałtownych zmian
obciążenia, zabezpieczenie innych części przed uszkodzeniem, szybkie
rozłączanie lub łączenie napędu podczas ruchu.
PODZIAŁ SPRZĘGIEŁ
Sprzęgła mechaniczne dzielimy na nierozłączne i rozłączne.
•Sprzęgła nierozłączne
to sprzęgła których nie można rozłączyć w czasie pracy maszyny i są
stosowane wtedy, gdy sprzęgane elementy są rozłączane jedynie w czasie
demontażu maszyny lub jej zespołów.
Sprzęgła nierozłączne dzielą się na sztywne i podatne.
Sprzęgła nierozłączne sztywne np.: sprzęgła tulejowe i tarczowe kołnierzowe.
Sprzęgła nierozłączne podatne np.: sprzęgła podatne palcowe.
•Sprzęgła rozłączne
są to sprzęgła umożliwiające rozłączanie i łączenie wałów w czasie ruchu lub
w spoczynku. Dzielą się one na sprzęgła o sprzężeniu kształtowym (np.
sprzęgła kłowe) i sprzężeniu ciernym (np. sprzęgła cierne tarczowe lub
stożkowe).
Sprzęgło tulejowe
a)
b)
a) – sprzęgło sztywne kołnierzowe
b) – sprzęgło podatne palcowe
Sprzęgła cierne: a) tarczowe płaskie, b) tarczowe z rowkami, c)
stożkowe
Sprzęgło elastyczne
Umożliwia łączenie wałków niewspółosiowych
Sprzęgło Oldhama
a)
b)
Metalowe sprzęgła mieszkowe
Zasady doboru sprzęgieł
Podstawowym parametrem charakteryzującym pracę sprzęgła jest
przenoszony moment obrotowy, zależny od przenoszonej mocy i prędkości
obrotowej według znanego wzoru:
M=P/
(M – [Nm], P – [W], - [rad/s]) lub
według wzoru:
)
(
9550
Nm
n
P
M
w którym P – moc [kW], n – prędkość obrotowa [obr/min].
Na podstawie zadań jakie ma ono spełniać, należy określić rodzaj sprzęgła i
jeśli będzie to sprzęgło znormalizowane – dobrać z katalogu odpowiednia jego
wielkość zależną od przenoszonego momentu.
W czasie pracy sprzęgło może podlegać chwilowym przeciążeniom. Ponieważ
nie wszystkie przyczyny przeciążeń można przewidzieć podczas
projektowania, uwzględnia się je w postaci współczynnika przeciążenia K,
ustalonego doświadczalnie.
Moment obrotowy maksymalny wynosi wówczas:
gdzie wartości współczynnika przeciążenia K dla sprzęgieł, zależne od rodzaju
maszyny roboczej podane są w odpowiedniej tablicy.
M
K
M
max
a) talerzowy
b) klockowy
c) cięgnowy /taśmowy/
HAMULCE
Hamulce służą do zatrzymywania i zmniejszania prędkości
obracających się części maszyn oraz do zapobiegania ich obracaniu się
pod działaniem momentu obrotowego.
Hamulec cierny składa się z dwóch zasadniczych części, z których
jedna /w postaci tarczy lub bębna/ obraca się wraz z wałem, a druga jest
nieruchoma. Dociśnięcie nieruchomej, tzn. nie obracającej się części
hamulca do jego części ruchomej powoduje powstanie sił tarcia, które
zatrzymują lub zmniejszają prędkość obracającej się części. Energia
kinetyczna ruchomych części zostaje przemieniona przez hamulec w
energię cieplną całkowicie lub częściowo.
Na rysunku są przedstawione schematycznie najważniejsze typy
hamulców:
PRZEKŁADNIE MECHANICZNE
Ogólna charakterystyka przekładni
Maszynom roboczym nadaje się określony ruch za pomocą urządzenia
zwanego napędem. Zwykłe ruch przekazywany jest od silnika do maszyny
roboczej poprzez różnego rodzaju mechanizmy. Do najczęściej
stosowanych mechanizmów napędowych należą przekładnie
mechaniczne. Zamieniają one ruch obrotowy elementów napędzających
na ruch obrotowy elementów napędzanych. Konieczność stosowania
przekładni wynika z różnicy w prędkościach obrotowych silników i maszyn
roboczych. Na ogół silniki mają duże prędkości obrotowe, a maszyny
robocze mają prędkości obrotowe mniejsze. Przekładnia umożliwia więc
zmianę prędkości obrotowej tak, aby przy danej prędkości obrotowej wału
silnika uzyskać odpowiednią prędkość obrotową wału maszyny roboczej.
Inną przyczyną stosowania przekładni jest konieczność regulacji prędkości
obrotowej wału maszyny w trakcie pracy przy stałej prędkości obrotowej
wału silnika.
W przekładni koło napędzające nazywamy kołem czynnym zaś koło
napędzane nazywamy kołem biernym.
Rozróżniamy przekładnie zwalniające (reduktory), w których prędkość
kątowa wału biernego jest mniejsza od prędkości wału czynnego oraz
przekładnie przyspieszające (multiplikatory), w których prędkość
kątowa wału biernego jest większa od prędkości kątowej wału czynnego.
A
A
A
L
Z
1
2
Z
Z
2
Z
2
1
Z
Z
1
D
1
1
Z
Z
2
A
D
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
2
D
1
D
2
Rodzaje przekładni mechanicznych: a) pasowa, b) łańcuchowa,
c) cierna, d) zębata walcowa, e) zębata stożkowa, f) planetarna,
g) ślimakowa
-
- konieczność obfitego
smarowania
Okrąg podziałowy dzielimy na
tyle
odcinków
ile
zębów
(z)
przewiduję w danym kole.
Podziałka p – długość każdego
odcinka mierzona po łuku okręgu
podziałowego.
Obwód
koła
podziałowego
wyrażamy wzorem:
Stąd średnica koła podziałowego:
gdzie:
– moduł [mm]
p
m
m
z
p
z
d
Geometria kół zębatych
Moduł m jest podstawowym parametrem służącym do określenia
parametrów kół zębatych.
W budowie maszyn stosujemy moduły powyżej 1 mm. Normalne
moduły m kół zębatych wg PN-78/M-88502 z pierwszego szeregu
(uprzywilejowanego) – 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8.
Podstawowe wymiary koła walcowego prostego określamy w
przekroju czołowym (płaszczyzna prostopadła do osi koła
zębatego).
p
z
d
Kołem zasadniczym
nazywamy
wyobrażalne
koło,z którego odwija się
ewolwenta koła.
Linia
zazębienia
(przyporu) nazywamy linię
prostą wzdłuż której stykają
się zęby podczas obrotu kół.
Jest ona styczna do kół
zasadniczych (linia EE').
Kątem przyporu
nazywamy kąt zawarty
między linią zazębienia
(przyporu) i styczną
poprowadzoną w punkcie
styku kół zasadniczych.
Większość kół zębatych
wykonuje się o kącie
przyporu:
0
20
9
0
Przekładnia zębata walcowa jednostopniowa
Przekładnia zębata walcowa
dwustopniowa
Przekładnie ślimakowe
Przekładnia ślimakowa służy do przenoszenia ruchu obrotowego przy
skrzyżowanych wichrowato osiach, podobnie jak walcowa przekładnia
śrubowa. Należy przy tym stwierdzić, że na ogół kąt między osiami
wynosi 90 stopni. W tym przypadku zęby stykają się nie tylko punktami,
lecz na większej powierzchni, wskutek czego zęby zużywają się w znacznie
mniejszym stopniu aniżeli zęby w walcowej przekładni śrubowej. Wynika
stąd również wniosek, że przekładnię ślimakową można użyć w przypadku
przenoszenia znaczniejszych mocy.
Cechą charakterystyczną, przekładni ślimakowej jest jeszcze to, że nadaje
się do przenoszenia ruchu przy znacznym przełożeniu.
Wadą przekładni ślimakowej, podobnie jak walcowej przekładni śrubowej
jest to, że wykazuje stosunkowo małą sprawność.
Przekładnia ślimakowa składa się ze ślimaka oraz koła ślimakowego
zwanego również ślimacznicą.
Zastosowanie przekładni ślimakowej jest dość powszechne. Stosuje się ją
np. w dźwignicach do napędu bębnów linowych, w samochodach do
napędu tylnej osi.
Przekładnia z pasami klinowymi składa się z dwóch kół rowkowych
opasanych sprężystym cięgnem w postaci pasa klinowego. Dzięki
naprężeniu wstępnemu pas dociskany jest do obu kół, co pozwala przenieść
napęd z jednego koła na drugie siłami tarcia. Klinowy kształt przekroju
poprzecznego pasa powoduje, że tarcie między nim, a kołem jest dość
znaczne.
PRZEKŁADNIE Z PASAMI KLINOWYMI
Zalety:
-łagodzenie gwałtownych zmian obciążenia i tłumienie drgań,
-zabezpieczenie innych zespołów napędowych przed nadmiernym przeciążeniem,
-mała wrażliwość na dokładność wzajemnego ustawienia osi,
-prostota konstrukcji i niskie koszty wytwarzania
Wady:
-mała zwartość,
-duże siły obciążające wały i łożyska
-niestałość przełożenia
Przekrój pasa klinowego; l
p
- szerokość skuteczna pasa
Siły tarcia pasa klinowego są parokrotnie większe w porównaniu z
pasem płaskim współczynnik tarcia ' wynosi:
gdzie:
- kąt rozwarcia rowka na kole (=34°, 36°, 38°)
Przełożenia: stosowane są przełożenia w zakresie i=1,2 –
6(maksymalnie 10)
2
sin
'
Ilość pasów przekładni:
W praktyce przyjmuje się liczbę pasów z=1-5 (maksymalnie 8); im
większa liczba pasów tym wymagany mniejszy przekrój
pojedynczego paska-tym większa zwartość przekładni-mniejszy
rozstaw kół; im większa ilość pasów tym większe
prawdopodobieństwo nierównomiernego przenoszenia obciążeń-tym
większe prawdopodobieństwo uszkodzenia przekładni.
Normy:
PN-66/M-85202 Koła rowkowe do pasków klinowych. Wymiary
wieńców kół
PN-67/M-85203 Przekładnie pasowe z pasami klinowymi. Zasady
obliczania PN-84/M-85211 Koła pasowe
PN-86/M-85200/06 Pasy klinowe. Pasy normalnoprofilowe. Wymiary
Typy pasów:
Rozróżnia się sześć wielkości przekroju pasów oznaczonych literami Z, A, B,
C, D, E.
Wielkości przekrojów pasów klinowych
Wymiary wieńców kół rowkowych dla pasów klinowych
Obliczenia przekładni pasowej
1. Wstępny dobór przekroju pasa (tab.), mniejszego koła
pasowego d
p1
, najmniejszego w danym typoszeregu, taki
wybór daje najbardziej zwartą przekładnię
2. Obliczenie prędkości obwodowej na średnicy skutecznej:
3.
Obliczenie przełożenia, wyznaczenie średnicy skutecznej
drugiego koła:
4. Obliczenie średnicy równoważnej dla koła mniejszego,
D
e
:
2
p
d
2
1
2
1
1
2
n
n
d
d
i
p
p
1
1
K
d
D
p
e
gdzie: K - liczba zależna od przełożenia,
(tab.)
5. Odległość międzyosiowa „a” powinna zawierać się pomiędzy:
)
(
50
2
2
1
2
1
p
p
p
p
d
d
a
d
d
cos
2
)
(
180
2
2
1
2
1
a
d
d
d
d
L
p
p
p
p
p
a
d
d
p
p
2
sin
1
2
6. Długość pasów:
gdzie:
2
180
1
7. Wynikowa odległość międzyosiowa:
cos
2
)
(
180
2
1
2
2
1
p
p
p
p
p
d
d
d
d
L
a
8. Sprawdzenie przenoszenia mocy:
gdzie:
z - liczba pasków klinowych,
N
1
- moc przenoszona przez jeden pas klinowy
przekładni wzorcowej dobierana z tablic na
podstawie średnicy równoważnej D
e
i prędkości
obwodowej v,
k
L
- liczba uwzględniająca zmienność obciążeń pasa
zależnej od długości pasa klinowego (tabl.),
k
- liczba uwzględniająca kąt opasania mniejszego
koła rowkowego przekładni (tabl.),
k
T
- liczba uwzględniająca trwałość pasa klinowego,
(tab.)
Ilość pasów „z” po przekształceniu powyższego
wzoru wynosi:
T
L
k
k
k
zN
N
1
k
k
N
Nk
z
L
T
1
Przekładnie pasowe:
a)otwarta
b)półotwarta
c)skrzyżowana
Sposoby wywołania naciągu wstępnego w
pasie
Układ napędowy z przekładnią pasową z pasami klinowymi
Przekładnie z pasem zębatym
Przekładnie z pasem zębatym mają cięgna w postaci gumowego pasa
zębatego, którego warstwę nośną stanowią linki stalowe lub
poliamidowe.
Przekładnie z pasem zębatym: a) normalna, b) z rolką napinającą, c) o
dwustronnym uzębieniu, d) z dużym kołem o gładkiej powierzchni
Przekładnie z pasem zębatym odznaczają się:
— stałością przełożenia,
— mniejszym napięciem wstępnym i mniejszymi naciskami na wały i
łożyska
— zdolnością pracy przy dużych prędkościach (v ≤ 80 m/s, n ≤ 10000
obr/min),
— możliwością uzyskania dużych przełożeń (i ≤ 20 do 30).
Motoreduktor
Motoreduktor – maszyna napędowa, będąca normalnie nierozłącznym,
zintegrowanym połączeniem napędu elektrycznego z przekładnią
mechaniczną, a czasami także z urządzeniami dodatkowymi, takimi jak
sprzęgło jednokierunkowe, hamulec, itp. Dzięki zwartej budowie,
motoreduktor zajmuje kilka (a czasami nawet kilkanaście) razy mniej miejsca
niż "rozproszony" układ napędowy.
Motoreduktor zastępuje konwencjonalne układy napędowe, składające się z
silnika, kilku przekładni (w tym często wielkogabarytowej przekładni
pasowej), sprzęgieł, itp. W motoreduktorze wszystkie elementy napędu,
redukcji prędkości, przeniesienia momentu, itp. znajdują się w jednej
obudowie, względnie w kilku na stałe połączonych ze sobą segmentach.
Dzięki wielostopniowym przekładniom, uzyskuje się wypadkowe przełożenie
osiągające nawet kilkadziesiąt tysięcy.
Motoreduktory dzieli się ze względu na rodzaj zastosowanej przekładni
zębatej na ostatnim stopniu przełożenia.
Najczęściej spotykane motoreduktory to:
•motoreduktory walcowe (z przekładnią walcową),
•motoreduktory płaskie (z przekładnią walcową, ale wewnętrzne
ukształtowanie
przekładni umożliwia zmieszczenie kilku dodatkowych stopni
przełożenia),
•motoreduktory stożkowe (z przekładnią stożkową),
•motoreduktory ślimakowe (z przekładnią ślimakową),
•motoreduktory planetarne (z przekładnią planetarną).
Zalety i wady
Najważniejszą zaletą motoreduktorów są niewielkie wymiary oraz
umieszczenie niemal całego układu napędowego maszyny w jednym miejscu,
w jednej obudowie. Projektant nie musi się więc skupiać na doborze czy
projektowaniu poszczególnych elementów składowych, dobiera jedynie
motoreduktor z katalogu na podstawie zadanych parametrów:
•obroty wału wyjściowego,
•moment wyjściowy (lub moc i sprawność),
•współczynnik przeciążenia,
•pozycja pracy.
