Spis treści.
Spis treści.
1. Ogólne wiadomości o sprzęgłach.
Sprzęgłem nazywamy zespół elementów służących do połączenia dwóch obrotowo niezależnie osadzonych elementów maszyny (najczęściej dwóch wałów: czynnego i biernego, tzn. napędzającego i napędzanego, o osiach leżących na wspólnej prostej (sprzęgła proste) lub przecinają się pod ostrym kątem (sprzęgła przegubowe) w celu przeniesienia momentu i ruchu obrotowego, przy zachowaniu równości i przenoszonych średnich momentów obrotowych w elemencie czynnym i biernym.
W ogólnym przypadku można określić, że sprzęgło składa się z członu czynnego, biernego i łącznika. Przez pojęcie członu rozumie się zespół elementów sprzęgła osadzony na wale czynnym lub biernym, natomiast łącznikiem nazywa się części przekazujące moment obrotowy z członu czynnego na człon bierny. Łącznik określa zatem sposób przekazywania momentu obrotowego i jednocześnie charakteryzuje dane sprzęgło. Dzięki wynalazkowi sprzęgła, silniki, zespoły układu napędowego oraz mechanizmy robocze można wykonywać w postaci odrębnych zespołów maszyn i urządzeń, a następnie łączyć je w całość podczas montażu.
Stosowanie różnych sprzęgieł umożliwia również spełnienie wielu innych zadań, które bez użycia tych sprzęgieł wymagałoby bardziej skomplikowanej konstrukcji maszyn lub nawet byłoby niemożliwe do zrealizowania.
Jak wynika z powyższej treści istnieje wiele odmian sprzęgieł różniących się między sobą budową, zasadą działania itp. przy czym za podstawę ich podziału przyjmuje się klasyfikację według cech funkcjonalno - konstrukcyjnych ujętych w normie PN-74/M-85250.
W przypadku gdy włącznie odbywa się przy równych lub prawie równych prędkościach kątowych wałów czynnego i biernego, są używane sprzęgła rozłączne ze sprężeniem kształtowym, tzw. kształtowanie przeważnie kłowe.
W przypadku, gdy włączanie musi się odbywać przy różnicy prędkości kątowych wału czynnego i biernego używa się sprzęgieł umożliwiających taką czynność. Najczęściej są to sprzęgła cierne. Mogą być nimi również sprzęgła hydrokinetyczne ze sterowanym napełniaczem lub sprzęgła elektromagnetyczne ze sterowanym wzbudzeniem.
Sprzęgła rozłączne samoczynne są sterowane bez udziału obsługi przy wykorzystaniu:
a) siły bezwładności (zwykle siły odśrodkowej),
b) zmiany momentu obrotowego przenoszonego przez sprzęgło,
c) zmiany kierunku napędu.
Siłą odśrodkową bywają sterowane sprzęgła cierne - rozruchowe, pozwalające na łagodne obciążenie silnika napędowego momentu roboczym. Siłą odśrodkową może być sterowane sprzęgło bezpieczeństwa rozłączające napęd po przekroczeniu określonej granicznej prędkości obrotowej.
Wzrost momentu obrotowego ponad określoną wartość powoduje rozłączenie sprzęgła przeciążeniowego.
Jeżeli jest to sprzęgło cierne wówczas następuje poślizg. Jeśli jest to sprzęgło kształtowe ulega zniszczeniu przeznaczony do tego łącznik, np. kołek w sprzęgle bezpieczeństwa ze ścinanym kołkiem.
Gdy jest wymagane jednokierunkowe przenoszenie momentu obrotowego, wówczas stosuje się samoczynne sprzęgło jednokierunkowe. Budowane są one ze sprzężeniem kształtowym, np. sprzęgła zapadkowe lub ze sprzężeniem ciernym, np. sprzęgła z zakleszczonymi wałeczkami lub kulkami.
Sprzęgła hydrauliczne i elektromagnetyczne cechuje stały poślizg tzn. zdolność do przenoszenia momentu obrotowego tylko wtedy, gdy prędkości obrotowe części czynnej i biernej są różne.
W zależności od konstrukcji mogą być sprzęgłami rozruchowymi (włączać i wyłączać napęd) sprzęgłami podatnymi skrętnie lub ograniczać przenoszony moment obrotowy.
2. Obciążanie sprzęgieł.
Podstawową sprawą przy konstruowaniu lub wyborze sprzęgła jest określenie sił i momentów działających na jego elementy. Wynikają one ze znajomości przenoszonego momentu obrotowego. Na ogół konstruktora interesują wartości maksymalne. Występują one przy rozruchu zespołu maszyn sprzęgniętych sprzęgłem lub w okresie ustalonego ruchu, gdy nierównomierność przenoszonego momentu obrotowego jest bardzo duża.
Obliczania wytrzymałościowe elementów sprzęgła przeprowadza się w oparciu o moment obudowy obliczeniowy M0, za który przyjmuje się maksymalną wartość momentu zjawiającego się w ciągu całego cyklu pracy sprzęgła:
lub:
gdzie:
M - nominalny moment obrotowy
N - moc w kM
N' - moc w kW
k - współczynnik przeciążenia
Rozważając okres rozruchu zespołu maszyn, znając charakterystykę silnika napędowego:
zmianę momentu rozruchowego w czasie a w szczególności jego wartość maksymalną Mvmax, oraz momenty bezwładności wirujących mas zredukowane na osi sprzęgła:Θ1 - przed sprzęgłem, od strony silnika napędowego,
Θ2 - za sprzęgłem, można znaleźć największy moment obrotowy przenoszony sprzęgłem. W przypadku gdy rozruch odbywa się bez obciążenia silnika momentem oporów zewnętrznych M2, a cała energia silnika zużywa się na przyśpieszenie wirujących mas, największe przyśpieszenie:
zaś największy moment obrotowy na sprzęgle:
wprowadzając moment nominalny M:
Gdy rozruch odbywa się pod obciążeniem momentem obrotu M2, tylko nadwyżka momentu rozruchowego Mvmax ponad moment M2 idzie na przyspieszenie mas, wobec czego moment przenoszony przez sprzęgło:
dla ruchu ustalonego i obciążeniu nominalnym momentem M (różnica Mvmax - M idzie na przyspieszenie układu):
gdzie współczynnik przeciążenia:
W przypadku, gdy M2 jest zmienny w czasie, wówczas tylko szczegółowa analiza dynamiczna układu pozwoli określić wartość M0.
Wyżej podane wzory pozwalają wyciągnąć wnioski ogólne przydatne przy doborze silnika napędowego i projektowaniu całego zespołu maszynowego.
Obciążenie momentem skręcającym sprzęgła i innych elementów znajdujących się pomiędzy silnikiem napędowym i maszyną napędową będzie tym większe im większy moment rozruchowy rozwija silnik lub im większa jest nadwyżka tego momentu w stosunku do momentu oporów, im większy jest moment bezwładności Θ2 mas wirujących po stronie odbioru mocy i im mniejszy jest moment bezwładności Θ1 mas związanych z silnikiem. Nie zawsze dokładne obliczenie M0 jest możliwe, a zawsze bardzo czasochłonne, z tego względu najczęściej w konstrukcji maszyn posługuje się doświadczalnym współczynnikiem przeciążenia:
Wartość jego zależy od rodzaju silnika napędowego i rodzaju maszyny napędzanej przez ten silnik oraz sztywności członów łączących te maszyny. Tego ostatniego warunku w spotykanych tabelach współczynnika „k” nie uwzględnia się. Współczynnik „k” można rozbić na dwa człony:
k1 - uwzględniający charakter silnika napędowego,
k2 - charakter maszyny roboczej.
3. Sprzęgła nierozłączne.
Sprzęgła te pozwalają kompensować błędy współosiowości wałów, mogą dopuszczać pewne względne ruchy wzdłużne, poprzeczne, odchylenia osi wałów lub kombinacje tych rodzajów ruchów przedstawia poniższy rysunek.
Rys. 1. Podstawowe względne przemieszczania końców wałów:
a) poprzeczne b) wzdłużne c) odchylenie osi.
Sprzęgła samonastawcze umożliwiają niewielkie zmiany względnego położenia wałów. Zmiany położenia mogą mieć charakter trwały lub wolno zmieniający się w czasie. Takie zmiany są wynikiem wadliwego montażu (a więc niedokładnego połączenia zespołów maszyn) lub też wynikają z trudności montażowych, wskutek których wały muszą być ustawione w stosunku do siebie niewspółosiowo. Mogą one także wystąpić w trakcie eksploatacji na skutek trwałych odkształceń elementów łączących zespołów, zużycie elementów wskutek rozszerzalności cieplnej, powstawaniu luzów w łożyskach itp. Zmiany takie mogą zachodzić także, jako względne ruchy występujące w trakcie pracy maszyn.
Występuje to szczególnie wtedy, gdy łączone zespoły mogą wykonywać względne ruchy, ze względu na charakter ich pracy lub niezależną amortyzację zespołów. Ruchy te występują także wskutek drgań łączonych zespołów i elementów.
Przemieszczenia względne wałów mogą być osiowe, promieniowe lub kątowe. Sprzęgła mogą być stosowane do kompensacji przemieszczeń jednego rodzaju lub przemieszczeń złożonych.
Takim uniwersalnym sprzęgłem samoustawczym jest sprzęgło zębate. Umożliwia ono przemieszczenie osiowe, promieniowe i kątowe.
Człon sprzęgła ma uzębienie zewnętrzne, natomiast łącznik ma kształt tulei o uzębieniu wewnętrznym.
Sprzęgła tego typu są przeważnie wykonywane jako pojedyncze rys. 2 lub podwójne rys. 3.
Rys. 2. Sprzęgło zębate pojedyncze: 1) człon sprzęgła, 2) człon z uzębieniem zewnętrznym, 3) łącznik sprzęgła, tuleje z uzębieniem wewnętrznym, 4) śruby łączące tuleję z kołnierzem członu nieuzębionego 5) pokrywa, 6) uszczelnienie.
Rys. 3. Sprzęgło zębate podwójne: 1 - uzębiona osłona, 2 - beczułki,
3 - uzębiona piasta, 4 - uszczelnienie, 5 - smarowniczka.
Rys. 3'. Sprzęgło zębate podwójne: a) rysunek konstrukcyjny 1 - osłona,
2 - dopływ smaru, 3 - ściek smaru b) poglądowe przedstawienie budowy zębatego sprzęgła podwójnego.
W tym drugim przypadku oba człony uzębione, zewnętrznie osadzone na wałkach, współpracują z tulejami o uzębieniu wewnętrznym przy czym obie tuleje są złączone śrubami. W przypadku sprzęgła zębatego jednostronnego, na jednym wale jest osadzone sprzęgło zębate a na drugim tylko tarcza płaska. Obie tarcze są połączone śrubami jak w sprzęgle dwustronnym. Sprzęgła zębate dopuszczają posuw osiowy i promieniowy oraz odchylenie kątowe od współosiowości. Wartość tych przemieszczeń są zależne od kształtu zębów, stosunków wymienionych wielkości luzów itp. Zęby mogą być proste i łukowe. Spotykane dopuszczalne odchylenia kątowe jakie umożliwiają sprzęgła zębate wynoszą do 1,5 % przy sprzęgłach jednostronnych lub do 3° przy sprzęgłach dwustronnych.
Spotykane kształty zębów sprzęgieł luźnych zębatych przedstawia nam poniższy rysunek 4.
Rys. 4. Spotykane kształty zębów sprzęgieł luźnych, zębatych, kompensacyjnych: a) zęby proste i zęby beczułkowe, b) zęby proste i zęby proste c) zęby proste i beczułki.
Pomiędzy zębami prostymi w sprzęgle uwidocznionym na rys. 3 są umieszczone beczułki podobne do używanych w łożyskach tocznych.Luzy międzyzębne i krzywoliniowe zarysy zębów umożliwiają oprócz ruchów końców wałów również poprzeczne i kątowe odchylenia ich osi, są one przestrzennie ruchome. Sprzęgła zębate nadają się do dużych obciążeń i wysokich prędkości obrotowych. Silnie obciążone sprzęgła zębate wymagają starannego smarowania. Sprzęgła zębate smaruje się olejami o dużej lepkości lub smarami plastycznymi. Smarowania zmuszają do stosowania uszczelnień. Są to na ogół uszczelnienia za pomocą pierścieni uszczelniających gumowo - metalowych. Wskutek ruchów względnych członów i łączników następuje zużywanie uszczelek, toteż spotykane są próby stosowania uszczelnień kompensacyjnych.
4. Przebieg pracy sprzęgła ciernego.
Proces włączania sprzęgła ilustruje schematyczny wykres rys. 5.
Rys. 5. Schematyczny przebieg rozruchu przy użyciu sprzęgła ciernego.
W chwili włączania (punkt I) wał napędowy ma prędkość kątową ω1 s-1. Wał napędzany stoi (ω1=0). Od tej chwili sprzęgło ślizgając się zaczyna przenosić moment tarcia MT w przybliżeniu stały (założono skokowy wzrost MT od zera). Po włączeniu ω1 trochę spada aż do wartości ω0, zaś ω2 wzrasta od zera do ω0 (punkt II), jeśli tylko moment tarcia MT jest większy od momentu oporu na wale napędzanym M2. Na przyspieszenie bezwładnych mas związanych z wałem napędzanym idzie tylko różnica:
.
Po osiągnięciu jednakowych prędkości kątowych: ω1=ω2=ω0, dalsze przyspieszenie aż do osiągnięcia prędkości ω2=ω1 odbywa się bez poślizgu na powierzchniach ciernych sprzęgła.
Moment rozruchowy sprzęgła MR=const., M2=const. i prędkość kątowa ω1=ω2=const, wówczas przyspieszenie kątowe wału napędzanego jest stałe i wynosi:
gdzie Θ - jest momentem bezwładności ruchomych mas układu napędzanego, sprawdzonych do osi sprzęgła. Czas potrzebny do zrównania się prędkości kątowych obydwu połówek sprzęgła:
Praca oddana przez układ napędowy w okresie rozruchu:
Energia kinetyczna układu napędowego nabyta w okresie rozruchu:
Praca zużyta na pokonanie oporu zewnętrznego wału napędzanego:
Praca tarcia zamieniająca się w ciepło LT, to różnica pomiędzy pracą oddaną przez układ napędowy LR, uzyskaną przez układ napędzany Lk+l2:
Z powyższych zależności wynika, że dużych strat na tarcie i zbytniego grzania się sprzęgła unikniemy przy małych Θ2, a dużych MR=MT-M2, np. przez zmniejszenie obciążenia momentu M2. Zdolność sprzęgła do odprowadzania ciepła musi być tym lepsza im większa jest prędkość kątowa ω0. Sprzęgło po włączeniu powinno pracować bez poślizgu na powierzchniach ciernych. Warunkiem tego jest, aby moment tarcia spoczynkowego MT we włączonym sprzęgle był większy od największej chwilowej wartości przenoszonego momentu skręcającego:
gdzie:
μ - współczynnik tarcia,
N - wypadkowa z nacisków normalnych na powierzchni tarcia,
Rśr - obliczeniowy promień tarcia, najczęściej przyjmowany:
zależny od rozkładu elementarnych sił tarcia przy czym:
Rmax - to największy promień tarcia,
Rmin - najmniejszy
k - współczynnik przeciążenia sprzęgła
Wprowadzając pojęcie nacisku nominalnego:
otrzymujemy:
a w przypadku sprzęgła o „i” parach promień tarcia:
Przy wyłączeniu sprzęgła powstają również straty tarcia lecz są tak małe w porównaniu ze stratami przy włączaniu, że nie mają praktycznie znaczenia. Po wyłączeniu sprzęgła między powierzchniami ciernymi powinien istnieć luz i brak jakiegokolwiek tarcia.
5. Konstrukcja sprzęgieł ciernych.
Podstawowe typy sprzęgieł ciernych różnią się:
a) kierunkiem i sposobem docisku,
b) kształtem,
c) liczbą,
d) materiałem powierzchni ciernych.
Rys. 6. Główne typy sprzęgieł ciernych, schematy.
Najbardziej charakterystyczną cechą jest kierunek siły W, sprzęgającej powierzchnie cierne: promieniowy, osiowy i obwodowy. Kształt powierzchni ciernych może być: płaski, walcowy i stożkowy. Sprzęgła
2b, 7, 8, 9 (rys. 9) są sprzęgłami wielopowierzchniowymi. Zauważmy, że sprzęgła stożkowe pozwalają na zasadzie klina na uzyskanie większych docisków N przy tej samej sile sprzęgającej W, niż w innych sprzęgłach.
Zachodzi zależność:
gdzie:
N - jest wypadkową nacisków normalnych na powierzchniach tarcia,
W - siła działająca w kierunku dosuwu powierzchni ciernych po włączeniu,
ϕ - kątem zawartym pomiędzy kierunkiem działania sił W i prostopadłą do kierunku siły N.
Dla uniknięcia zaklinowania, kąt ϕ przyjmuje się większy od kąta tarcia ρ. Dla sprzęgieł płaskich i walcowych ϕ=90° N=W.
O wyborze tym sprzęgła decydują następujące czynniki: średnia moc tarcia odniesienia do godziny pracy sprzęgła, pożądana żywotność, wartość potrzebnego momentu tarcia MTo, wartość potrzebnej pracy do włączania Ws oraz miejsce do dyspozycji.
Typy sprzęgieł 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (rys. 6) mają cechy wspólne: moment tarcia MT niezależny od kierunku prędkości obrotowej, liniowa zależność MT i μ. Typy 1, 2 i 3 mają dużą powierzchnię odprowadzania ciepła - ich wnętrze również jest omywane przez powietrze. Typ 6 wymaga mniejszej siły sprzęgania W odpowiednio do liczby tarcz. Poza tym ma mały gabaryt, utrudnione odprowadzania ciepła.
Typy 10, 11, 12 to sprzęgła taśmowe lub z pierścieniem rozprężnym. W typach 10, 11, 12 wypadkowa siła tarcia jest duża różnica napięć na taśmie S1 - S2. W typie 10 siła sprzęgania W jest zależna od kierunku prędkości obrotowej, gdy działa zgodnie z kierunkiem obrotu wówczas W=S2, gdy przeciwnie: W=S1. W pierwszym przypadku siła tarcia wciąga taśmę i siła włączania jest mała, w drugim siła tarcia przeciwdziała napinaniu taśmy, więc siła włączania rośnie, lecz zaletą tego układu jest większa stabilność momentu tarcia.
6. Budowa i działanie sprzęgła ciernego tarczowego z blokowaniem położenia wyłączenia.
Sprzęgło przełączalne synchroniczne (cierne) należy do grupy sprzęgieł sterowanych (połączenia wyłączalne). Umożliwia łączenie i rozłączanie wałów podczas pracy. Pozwala to na unieruchomienie zespołu roboczego bez zatrzymania silnika, przełączanie mechanizmu na inną prędkość obrotową, zmianę kierunku obrotów itp.
Zasada działania sprzęgieł ciernych polega na tym, że tarcze sprzęgła są dociskane siłą wywołującą na powierzchniach ciernych tarcie, które umożliwia przeniesienie momentu obrotowego z członu czynnego na bierny.
Podstawową cechą tych sprzęgieł jest możliwość włączania ich przy różnych prędkościach członów a nawet wtedy, gdy człon bierny jest w spoczynku. W okresie od włączenia do osiągnięcia pełnej synchronizacji obrotów członu czynnego i biernego między powierzchniami ciernymi występują poślizgi, wskutek czego sprzęgło silnie się nagrzewa i jednocześnie zużywają się powierzchnie cierne. Należy zatem stosować taką konstrukcję sprzęgieł ciernych aby okres pracy asynchronicznej był jak najkrótszy. Podstawowe typy sprzęgieł ciernych różnią się kierunkiem i sposobem docisku oraz kształtem, liczbą i materiałem powierzchni ciernych. Jednym z szeroko stosowanych sprzęgieł ciernych jest sprzęgło tarczowe z blokowaniem położenia włączenia. Sprzęgło to umożliwia pozostanie w położeniu wyłączania lub włączania bez potrzeby stosowania jakiejkolwiek siły zewnętrznej. Sprzęgło jest zwykle obsługiwane ręcznie przez mechanizm złożony z dźwigni i łączników oraz widełek wyłączających.
Rysunek 7 przedstawia suche sprzęgło jednotarczowe z blokowaniem położenia wyłączania z prawą bez sprężyny talerzowej. Sprzęgło to ma tarczę sprzęgło „z”, której powierzchnie współpracują z przednią powierzchnią koła zamachowego 1 oraz z tylną powierzchnią tarczy dociskowej 3, osadzonej w żeliwnej oprawie 4, oprawa ta jest przymocowana śrubami do kołnierza koła zamachowego.
Rys. 7. Sprzęgło jednotarczowe z blokowaniem położenia wyłączenia za pomocą układu dźwigniowo - krzywkowego firmy ROCKFORD CLUTCH DIVISION produkowane przez firmę BORG - BECK Co Ltd.
1) koło zamachowe, 2) tarcza sprzęgła, 3) tarcza dociskowa, 4) oprawa sprzęgła, 5) pierścień regulacyjny, 6) stalowa tarcza sprężysta, 7) tuleja wyciskowa, 8) wałek krzywkowy, 9) sprężyna ustalająca.
Przenoszenie napędu między oprawą sprzęgła a tarczą dociskową za pośrednictwem zaczepów na tarczy dociskowej, wchodzących w wycięcia w oprawie sprzęgła. Zaczepy te służą również do ustalenia położenia tarczy dociskowej.
Siła docisku jest wywołana za pomocą krzywek (rys. 8.) działających między utwardzonymi wkładkami 10 na tylnej powierzchni tarczy dociskowej a stalową sprężystą tarczą reakcyjną 6 osadzoną w pierścieniu regulacyjnym 5.
Rys. 8. Sprzęgło Conax.
Krzywki są utworzone w postaci wałeczków toczących 11, co powoduje łatwość sterowania w celu uzyskania położenia zaciśnięcia po obu końcach każdego z trzech wałków krzywkowych 9, które z kolei są osadzone w łożyskach tarczy dociskowej. Układ dźwigni łączy wałeczki krzywkowe z tuleją wyciskową 7 sprzęgła, wobec czego jej ruch do przodu lub do tyłu obraca wałki krzywkowe 8 powodując za pośrednictwem wałeczków tocznych zaciśnięcie lub zwolnienia tarczy dociskowej gdy wałeczki te przechodzą w położenie „over centre”.
Ze względu na położenie krzywek (wałeczków tocznych) urządzenia zaciskające, które w okresie wyłączenia sprzętu zajmuje położenie przesunięte względem położenia środkowego, omawiane sprzęgło nosi nazwę zaczerpniętą z języka angielskiego „over centre”, lub położenie „zwolnienia”. Wałeczki toczne są smarowane za pomocą zwykłej smarownicy. W sprzęgle zastosowano pierścień regulacyjny 5 oraz osadzoną w nim sprężyną tarczę reakcyjną 6, która ugina się łagodnie, gdy sprzęgło znajduje się w położeniu „over centre”. W ten sposób uzyskano efekt działania sprężyny, sprzęgło jest utrzymywane mocno w położeniu wyłączenia, zaś rozłożenie nacisków jest równomierne. Zastosowanie pierścienia regulacyjnego umożliwia dokładne działanie sprzęgła przy zużywaniu okładzin ciernych, gdyż pierścień powoduje przesuwanie całego mechanizmu w kierunku koła zamachowego, gdy okładziny cierne ulegają zużyciu. Luz między elementami napędzającymi i napędzanymi w położeniu wyłączenia jest zapewniony przez zastosowanie układu silnych sprężyn 9.
Pewne sprzęgła z blokowaniem położenia wyłączenia wyposażone są w sprężyny talerzowe tak, aby można było uzyskane wymaganą siłą docisku bez precyzyjnej regulacji oraz aby sprzęgło było zdolne do kompensowania zużywania się tarczy sprzęgła bez nadmiernej utraty wielkości siły docisku. Jeśli się stosuje sprężarkę talerzową jest konieczne takie zaprojektowanie oprawy sprzęgła i pierścienia regulacyjnego aby były one możliwie jak najbardziej sztywne. Rysunek 9 przedstawia konstrukcję sprzęgła jednotarczowego z blokowaniem położenia wyłączenia z odmienną niż opisana powyżej oprawa sprzęgła. W rozwiązaniu tym zastosowano sprężynę talerzową 6, wobec czego oprawa sprzęgła i pierścień regulacyjny powinny być jak najbardziej sztywne.
Pierścień regulacyjny 5 jest dokręcany za pomocą zębnika regulacyjnego 4 dopóki nie zajmie właściwego położenia. Do obracania zębnika służy sześciokątny klucz, zaś położenie zębnika ustalone jest za pomocą płytki blokującej 3.
Chociaż w sprzęgłach nie posiadających sprężyn tarczowych można uzyskać większe siły zacisku, to jednak sprzęgła wyposażone w sprężyny tarczowe są zdolne do uzyskania znacznie bardziej stałej siły zacisku przy znacznie szerszym zakresie ugięcia, wskutek czego zapewniają kompensację zużycia tarczy sprzęgła bez konieczności ponownej regulacji.
Rys. 9. Sprzęgło jednotarczowe suche z blokowaniem położenia wyłączenia za pomocą układu dźwigniowo - krzywkowego firmy ROCKFORD CLUTCH DIVISION.
1) tarcza sprzęgła, 2) oprawa sprzęgła, 3) płytka blokująca zębnik regulacyjny, 4) zębnik regulacyjny, 5) pierścień regulacyjny, 6) sprężyna talerzowa, 7) pierścień cierny, 8) tuleja wyciskowa, 9) wałek krzywkowy.
Ponieważ sprzęgła z blokowaniem położenia wyłączenia są zazwyczaj używane w wysoko obciążonych pojazdach ze sztywnymi osiami, stosowanie elastycznej tarczy sprzęgła i piasty wyposażonej w tłumik drgań nie jest powszechne.
Ze względu na trudne warunki pracy, najbardziej typowa tarcza stosowana w sprzęgłach z blokowaniem położenia wyłączenia wyposażone jest w nieograniczone materiały cierne i ma sztywną piastę. Rysunek 10 przedstawia klasyczne sprzęgło pędniane Dohmen Leblanca, promieniowe, stożkowe, wielopowierzchniowe szczękowe. Siła docisku jest wywierana przez płaskie esowe sprężyny 1.
Rys. 10. Sprzęgła Dohmen Leblanca.
Siły odśrodkowe działające na szczęki zrównoważone działaniem przeciwciężarów 2 w celu ułatwienia wyłączania sprzęgła. Samohamowność mechanizmu wyłączania osiągnięta przez przerzut przegubu 3 poza położenie martwe. Gabaryt i moment bezwładności sprzęgła duże. Odprowadzenie ciepła dobre. Sprzęgło jest samocentrujące.
Rys. 11. Schemat pracy sprzęgła z blokowaniem położenia wyłączenia.
Sprzęgło promieniowe walcowe Conax pokazuje rysunek. Segmenty cierne pierścienia 2 przy zbliżaniu stożkowych tarczy 4 są dociskane promieniowo do walca 1. Obciągane są przy wyłączaniu śrubową obwodową sprężyną 3. Docisk stożkowych tarcz daje kątowa dźwignia ze sprężynującym ramieniem napinanym przez poosiowe przesunięcie na suwy kółkiem ręcznym 6. Regulacja siły docisku nakrętką 7. Równoważenie siły odśrodkowej niepotrzebne, przy wyłączaniu luz może wpierw powstać pomiędzy stożkowymi tarczami i segmentami ciernymi. Sprzęgło jest samocentrujące.
Rys. 12. Sprzęgło wielotarczowe podwójne.
Sprzęgło osiowe wielotarczowe podwójne włączane hydraulicznie. Wał może być sprzęgany na przemian z jednym lub z drugim kołem zębatym. Używane są w mechanizmach nawrotnych obrabiarek, jednostek pływających i innych. Piasta sprzęgła tworzy z nieruchomym tłokiem 1 jedną całość. Cylindry 2 prowadzone na dwóch powierzchniach poruszają się w jednym lub drugim kierunku w zależności od tego na którą stronę tłoka dopływa olej pod ciśnieniem. Luzowanie odbywa się pod działaniem sprężyn 3. Oleje sterujący i chłodzący są doprowadzone środkiem wału.
7. Przykład sprawdzającego obliczenia sprzęgła ciernego.
Dane: czas rozruchu sprzęgła od n2=0 do n2=n1=800 obr./min. tw=1s. Moment bezwładności mas obrotowych związanych z wałem napędzanym sprowadzonym do jego osi: Θ2=0,75 kGm/s2 = 7,35 Nm/s2.
Nominalny moment skręcający oporu na wale napędzanym: M2=137,3 Nm. Liczba włączeń na godzinę: ω=60. Temperatura powietrza tp=25°C. Na podstawie wstępnego szkicu przyjęto głównie wymiary sprzęgła: Rśr=160 mm, b=60 mm, półkąt rozwarcia stożka ϕ=25°. Luz między powierzchniami ciernymi: l=1 mm. Materiał okładzin azbest ze sztuczną żywicą: praca na sucho, μ=0,35, zużycie właściwe qv=0,15 cm/kMh. Dopuszczalne zużycie liniowe Sz=3 mm. Włączanie ręczne: siła obsługi: Ps=11 kG, sprawność mechanizmu włączania ηc=0,80
Należy sprawdzić nacisk powierzchniowy na powierzchniach ciernych temperaturę sprzęgła i jego trwałość. Znaleźć potrzebne przełożenie siły i oraz drogę siły obsługi h.
Obliczenia:
wymagana siła tarcia:
powierzchnia cierna sprzęgła:
powierzchnia odprowadzająca ciepło:
dopuszczalne zużycie objętościowe:
droga włączania:
praca tarcia:
średnia godzinowa moc tarcia:
prędkość obwodowa:
współczynnik przechodzenia ciepła:
nacisk powierzchniowy:
największy przyrost temperatury:
temperatura sprzęgła:
trwałość okładziny:
potrzebne przełożenie siły:
droga siły obsługi:
8. Wnioski.
Dzięki stworzeniu mechanizmu sprzęgłowego silniki, zespoły układu napędowego można wykonać w postaci odrębnych zespołów maszyn i urządzeń, a następnie łączyć je w całości podczas montażu.
Sprzęgła samonastawne zębate są stosowane do łączenia wałów o średnicach 20÷280 mm przy przenoszonych momentach od 630 Nm do 160 kNm. Sprzęgła zębate nadają się więc do przenoszenia dużych obciążeń, mogą one pracować przy wysokich prędkościach obrotowych, wynoszących dla małych sprzęgieł do 3000 obr./min., a dla największych do 500 obr./min.
Również sprzęgło tarczowe z blokowaniem położenia wyłączenia stosowane jest w głównej mierze tam, gdzie występują wysokie obciążenia (np. w ciągnikach gąsienicowych, w maszynach do budowy dróg i innych urządzeniach przemysłowych).
Literatura.
W. Korewa, K. Zygmunt
Podstawy konstrukcji maszyn
Z. Jaśkiewicz
Mechaniczne napędy samochodów
T. Rychter
Mechanika pojazdów samochodowych
praca zbiorowa
Poradnik mechanika inżyniera
PRACA DYPLOMOWA
strona 24