2.3.5 SPOJKY

Strojní součásti, které umožňují přenos točivého momentu z motoru na pracovní stroj

Další funkce:
Vyrovnávají nesousosost spojovaných hřídelů
Umožňují vyrovnání tepelné dilatace
Usnadňují výrobu a dopravu hřídelů libovolné délky
Umožňují axiální posuv hřídelů
Tlumí rázy
Umožňují plynulý rozběh stroje
Umožňují spojení a rozpojení hřídelů za chodu
Chrání pracovní stroj před přetížením

Třecí dvojice spojek/brzd

Konstrukční díly, které dvoří třecí dvojice u spojek a brzd jsou:
Lamely
Kotouče
Bubny
Čelisti
Pásy

Pro docílení vysokého součinitele tření a dlouhé životnosti se jeden dílec z dvojice opatřuje třecím obložením (přinýtováním, přilepením - dnes více používané)

Ocelové třecí plochy se brousí na Ra = 0,1 mm nebo lapují

Organické obložení - ocel/litina
Jako obložení se dříve používal azbest (zdravotně závadný, již se nepoužívá)
Dnes se používá krátká skleněná vlákna, olejivzdorný kaučuk, syntetická pryskyřice, třecí přísady ve formě kovového prachu
Obchodní označení OS, RUBOS, Ferodo (dříve)

Kovokeramické obložení - ocel/litina
Kovokeramický třecí materiál je mnohosložkový (vyrábí se smícháním prášků kovů mědi, železa, hořčíku, olova, cínu) a nekovových složek (SiO2, Al2O3, grafit, mullit, MoS2)
Obchodní název Diafrikt

Papírové obložení - ocel
Třecí materiál na bázi celulózy je určen JEN pro spojky vydatně mazané
Zvlášť vhodný pro řadící spojky automatických převodovek vozidel, které při zaření i potom nemění točivý moment -> jízda je zcela plynulá

Ocel - ocel
Nutno použít u spojek elektromagneticky řazených spojek se sadou lamel, kterými protéká magnetický tok
Tloušťka lamel bývá podle velikosti 1,5 mm a více (nejméně jedna setina průměru lamely)

Spolehlivost spojek

Spojku NEMÁ být předimenzovaná, aby při poruše nebyl porušen druhý stroj

Při montáži je nutné věnovat pozornost:
Vymezení vůle
Dodržování osových vzdáleností konců hřídelů
Dovolené nesouososti hřídelů
Dovolenému házení

Při montáži i pružných spojek je dovolená nesousosost 0,05 mm

Údržba spojek:
Mazání:
Některé druhy spojek pracují s olejovou náplní
Některé druhy se naplní plastickým mazivem jen při montáži

Výměna dílů:
např.
- Třecí obložení
- Sada lamel
- Přívodní kartáčky
- Pružné členy
Po nedovoleném opotřebení výše zmíněných částí spojky se poškozuje i spoluzabírajících část

2.3.5.1 MECHANICKÉ NEOVLÁDANÉ SPOJKY

Použití:

Kde se nepožaduje možnost rozpojení hřídelů ani za klidu ani za chodu

Rozdělení:
Pevné
Pružné
Vyrovnávací

Konstrukce vychází z požadavků:
Hospodárnost výrobky (dána sérióvostí výroby -> většinou se volí typ z katalogu)
Bezpečnost provozu
Snadná montáž/demontáž

Všechny rotující části MUSÍ být zakryté, ostré hrany zkoseny/zaobleny
Spojky pracující s vyššími otáčky musí být vyvážené
Spojky se umisťují co nejblíže k ložiskům
Z materiálů převládají uhlíkové oceli třídy 11 a 12 (11 500, 12 050
Pokud je polotovar odlitek doporučuje se vzhledem k dynamickému zatížení použít tvárná litina

2.3.5.1.1 PEVNÉ SPOJKY

• Nejednodušší hřídelové spojky
• Použití: Pro pevné a trvalé spojení souosých hřídelů, kde se nekladou zvláštní nároky
• Konstrukčně jednoduché -> Levné
• Netlumí rázy a vibrace -> Přenáší se na druhý stroj, který je vystaven zvýšenému namáhání

Spojka přírubová

Použití: Spojení dvou hřídelů, které přenáší velké kroutící momenty

Obvykle jsou konce obou spojovaných hřídelů vykovány do tvaru příruby a spojeny pomocí šroubů
Jeli utažení šroubů silné kroutící moment se přenáší pouze třením mezi přírubami
Příruby mohou být rovněž přivařeny nebo nalisovány za tepla

Spojka trubková

Použití: Spojení pomaloběžných hřídelů (při vysokých otáčkách by vznikali velké odstředivé síly, protože spojka není vyvážená a ty by měli za následek chvění a vibrace)

Konstrukce je jednoduchá (Přes konce hřídelů se převleče trubka a vlastní spojení se provede pomocí klínů nebo kolíků)

Spojka korýtková

Použití: Pro přenos velkých točivých momentů

Přes konce hřídelů se nasadí dvoudílná objímka, která se stáhne šrouby (pro zvýšení bezpečnosti se může použít i pero)
Z bezpečnostních důvodů se spojka překrývá plechovým krytem

Spojka kotoučová

Nejčastěji používaná pevná spojka

Tvořená dvěma kotouči, které jsou nasazeny na konce obou hřídelů a pojištěny:
- Perem: proti otáčení
- Šroubem: proti osovému posunu

Kotouče jsou spojeny šrouby a maticemi

2.3.5.1.2 PRUŽNÉ SPOJKY

• Schopné tlumit rázy a vibrace -> nepřenáší se na druhý stroj
• Přenos točivého momentu z hnacího hřídele na hnaný se realizuje pomocí pružných prvků z pryže, kovu nebo jiného pružného materiálu, např. kůže
• Dokáží vyrovnávat drobné nesouososti hřídelů

Spojka s pružnými pouzdry

Nejčastěji používaná
Točivý moment se přenáší mezi boky šroubů a pružnými pryžovými pouzdry
Vnějším tvarem se podobá spojce kotoučové
Pryžová pouzdra jsou uchyceny buď v jednom kotouči nebo střídavě v obou
Protože pryž se může hodně deformovat -> lze vyrovnávat poměrně značnou nesouosost hřídelů
Obvykle jsou pryžové prvky navulkanizovány mezi dvě ocelové trubky -> tvoří silentbloky
Značná schopnost tlumení rázů a vibrací

Použití: Pro přenos středně velkých točivých momentů

Spojka obručová - Periflex

Jeden pružný prvek ve tvaru obruče
Na obou přírubách je obruč uchycena pomocí přírub a šroubů
Vyrovná poměrně značnou nesouosost i axiální posuv

Použití: Pro přenos menších točivých momentů

Spojka jehlová

Spojka s kovovým pružným prvkem
Točivý moment se přenáší přes ocelové tyče velmi malého průměru - "jehly"
Změnou počtu jehel lze měnit velikost i velikost přenášeného momentu

Použití: Pro přenos malých až středně velkých točivých momentů

Spojka se šroubovitými pružinami

Umožňují vyrovnávat nesouosost hřídelů i axiální posuv
Velmi dobře tlumí rázy, zejména při rozběhu
Je odolná vůči vlivům pracovního prostředí (prašnost, vlhkost)
Po dosednutí závitů pružin pracuje jako pevná spojka

Spojka s hadovitou pružinou - Bibi

Po obvodu hnacího a hnaného kotouče drážky, do kterých je vložená pružina
Vhodná pro největší zatížení
Odolná vůči vlivům prostředí
Umožňuje reverzaci otáček

2.3.5.1.3 VYROVNÁVACÍ SPOJKY

• Slouží ke spojení dvou nesouosých, různoběžných nebo mimoběžných hřídelů
• Jsou schopné vyrovnat posuv hřídelů v jakémkoliv směru

Spojka ozubcová

Tvořena dvěma přírubami, jejíž čelní plochy jsou na jedné přírubě upraveny do tvaru ozubce (pera) a na druhé je drážka
Ozubec se zasune do drážky (v podstatě se vytvoří perový spoj)

Obě příruby musí být pojištěny proti:
- axiálnímu posuvu šrouby
- pootočení pery

Spojka dovoluje určitý axiální posuv spojovaných hřídelů (závisí na vůli mezi čelem ozubce a dnem drážky)
Vloží-li se mezi příruby třetí člen, lze spojovat i nesouosé hřídele

Spojka zubová

Použití: Pro spojení dvou nesouosých hřídelů

Umožňuje radiální i axiální posuv spojovaných hřídelů
Na čelních plochách přírub je vyfrézováno ozubení, které do sebe navzájem zapadá
Příruby musí být pojištěny proti pootočení a axiálnímu posuvu -> aby nedošlo k vypadnutí ze záběru (vlivem zatížení či vibrací)

Spojka kloubová

Použití: Spojení dvou nesouosých nebo různoběžných hřídelů

Dovoluje změnu nesouososti a různoběžnosti za provozu
Nevýhoda: Nerovnoměrnost otáčení hnaného hřídele při rovnoměrném otáčení hnacího -> obvykle se používají ve dvojici

2.3.5.2 MECHANICKÉ OVLÁDANÉ SPOJKY

Použití: Kde je nutné spojované hřídele kdykoliv rozpojit a opětovně spojit i za provozu

Nutno navrhnout i spolehlivé ovládací zařízení
Vzhledem k mnoha činnostem, které tyto spojky dělají nelze stanovit společné konstrukční znaky

Spojky jsou ovládány (řazeny):
Mechanicky - např. páky, táhla, atd.
Hydraulicky - využívá se tlaku kapaliny vyvozeným např. pedálem
Pneumaticky - Totéž co hydraulicky, ale místo kapaliny je použit stlačený vzduch
Elektricky- Využívají se většinou elektromagnetické síly

2.3.5.2.1 ZUBOVÉ SPOJKY

Jedna příruba je axiálně posunutá -> zasunutím/vysunutím příruby dojde ke spojení

Rozpojení a spojení je možno pouze za klidu -> omezení použití

Tvar ozubení bývá různý v závislosti:
Funkci
Použití

Ozubení může být na:
Čelních rovinných plochách
Obvodových válcových plochách

Další varianta: Jedna příruba má tvar ozubeného kola s vnějším ozubením a druhá s vnitřním ozubením (příruba s vnějším ozubením musí mít menší průměr než s vnitřním, aby se mohly do sebe zasunout)

2.3.5.2.2 TŘECÍ SPOJKY

• Nejpoužívanější ovládatelná spojka
• Umožňuje spojování a rozpojování za provozu
• Použití: u všech motorových vozidel (ale v různých provedeních)

• Točivý moment se přenáší třením, které vzniká ve stykových plochách spojky a je tím větší čím je
• Větší přítlačná síla
• Větší součinitel tření

• Třecí plochy můžou být na:
• Čelních (rovinných) plochách
• Obvodových válcových plochách

• Často se používá i kuželová třecí plocha, která zvětšuje zvětšuje velikost tření -> zvětší se i velikost přenášeného točivého momentu
• Jedna příruba je uchycena pevně a druhá posuvně
• Přitlačením posuvné příruby k pevné přírubě se spojka "spojí" -> může přenášet točivý moment
• Přítlačná síla se vyvozuje pružinou a rozpojení spojky se provádí pomocí pákového mechanismu
• Pro přenos větších točivých momentů se používají spojky, které mají větší počet třecích ploch - lamel -> spojky lamelové

Lamelové spojky

Při malých rozměrech (vzhledem k relativně velké třecí ploše) přenáší velké točivé momenty
Stavěcím šroubem se nastavuje velikost přenášeného točivého momentu a vyrovnává se opotřebovávání lamel
Jsou-li ocelové lamely, spojka musí pracovat s olejovou náplní
Suché spojky mají lamely s obložením

Použití:
Obráběcí a textilní stroje
Motocykly

2.3.5.2.3 ROZBĚHOVÉ SPOJKY

Použití: Kde je potřeba
- Plynulý rozběh pracovního stroje
- Spojení hřídelů až po dosažení určitých otáček
- Např. u ručních řetězových pil se spalovacím motorem

Podstata funkce: Využití odstředivých sil, které působí na volné segmenty uložené v jedné přírubě -> odstředivá síla působí na segmenty, které se přitlačí ke třecím plochám druhé příruby -> vzniklé tření může přenášet točivý moment

Čím větší otáčky -> tím větší odstředivé síly -> tím větší tření -> tím větší točivý moment může spojka přenést

2.3.5.2.4 POJISTNÉ SPOJKY

• Použití: ochraně pracovního stroje před přetížením -> poškozením
• Úkolem spojky je rozpojit hřídele, jestliže točivý moment překročí určitou hodnotu

Pojistná spojka střižná

Konstrukčně i funkčně jednoduchá
Točivý moment se přenáší přes jeden nebo více kolíků, jejichž průměr je spočítán aby se "přestřihly" když točivý moment vystoupá nad určitou hodnotu -> dojde k rozpojení hřídelů
Po zjištění příčiny závady a její odstranění se spojka osadí novými kolíky

Pojistná spojka prokluzovací

Prakticky schodná se třecí spojkou
Velikost přítlačné síly pružiny a tím i velikost přenášeného točivého momentu se reguluje otáčením matice
Přesáhne-li točivý moment předem stanovenou mez spojka začne prokluzovat -> dojde k rozpojení hřídelů
Po snížení točivého momentu spojka hřídele opět spojí
Výhoda:Při překročení točivého momentu se žádná část spojky nepoškodí

2.3.5.3 PRÁŠKOVÉ SPOJKY

• Mají prostor mezi magnetovým tělesem a pláštěm (kotvou) vyplněný směsí feromagnetického prášku a suchého maziva
• Po zavedení proudu do budících cívek se uzavře elektromagnetický obvod kolmo k mezeře mezi magnetovým tělesem a kotvou
• Ve směru magnetických siločar se uspořádají i částice magnetické směsi -> vytvoří se pevné částice magnetovým tělesem a kotvou a spojí je tak, že mohou přenesou točivý moment z hnací části na hnanou bez skluzu

2.3.6 BRZDY A ZDRŽE

2.3.5.4 ELEKTRICKÉ SPOJKY

• Mechanické části se nestýkají -> hnací a hnaný člen jsou odděleny vzduchovou mezerou -> Vazbu mezi nimi zajišťuje magnetické pole
• Při zapnutí proudu vznikne magnetické pole, které se otáčí s magnetovým kolem
• V kotvě se indukuje elektrický proud
• Vzájemným působením proudu v kotvě a magnetického pole magnetového kola vzniká točivý moment

Asynchronní elektrické spojky

Skluz: 0,5 až 5%
Slouží jako rozběhové nebo pojistné spojky
Kotva z izolovaných dynamických plechů má v drážkách uloženo klecové vinutí z tyčí, které jsou na obou koncích spojeny nakrátko
Tyče jsou z nemagnetického, elektricky dobře vodivého materiálu

Synchronní elektrické spojky

Slouží k regulaci otáček a protože
Mohou pracovat s požadovanou změnou skluzu -> Lze použít i jako pojistné a pružné spojky
Kotva je vytvořena hladkým ocelovým válcem
Úlohu vinutí přebírá vodivý povrch kotvy
Indukovaná napětí na povrchu kotvy se budí ve směru osy válce a na čelech se uzavírají jako při klecovém vinutí

2.3.6.1 BRZDY

• Slouží ke zpomalení a úplnému zastavení pohybu (např. u vozidel) nebo zajištění břemena v určité poloze (např. u jeřábů)
• Podstatou funkce všech brzd je tření
• Účinnost brzd je závislá na součiniteli tření materiálu stykových ploch brzdných kotoučů, pásů, atd.
• Nejčastěji se používá materiál ferodo
• Brzdové obložení se na čelisti nejčastěji lepí

Spolehlivost, seřizování a údržba brzd

MUSÍ být nejspolehlivější strojní zařízení
Pro zvýšení bezpečnosti se ovládací okruhy zdvojují

Mechanické brzdy
Třecí plochy NESMÍ být znečištěné olejem, ani jiným mazivem (výjimku tvoří mokrá lamelová brzda)
Zamaštěné plochy se čistí benzínem nebo trichloretylenem (nepoužívat naftu)
Uhlazené plochy obložení, zanesené prachem se čistí kartáčem z mosazných drátků
Pro správnou činnost brzd mazat přiměřeně všechna ložiska pák, táhel, popř. bowdenová lanka

Hydraulické brzdy
Hlavní podmínkou je dokonalá těsnost potrubí a pryžových manžet
V hydraulickém obvodu nesmí být vzduch, který je stlačitelný
Brzdu je nutné odvzdušnit ventilky na brzdových válcích

Elektromagnetické brzdy
U magnetů na střídavý proud nesmí zůstat magnet pootevřený, protože by e větší proudem poškodilo vinutí

2.3.6.1.1 MECHANICKÉ BRZDY

• Slouží ke zpomalení a úplnému zastavení pohybu(např. u vozidel) nebo zajištění břemena v určité poloze(např. u jeřábů)
• Podstatou funkce všech brzd je tření
• Účinnost brzd je závislá na součiniteli tření materiálu stykových ploch brzdných kotoučů, pásů, atd.
• Nejčastěji se používá materiál ferodo
• Brzdové obložení se na čelisti nejčastěji lepí

1. Čelisťové brzdy

Patří mezi nejstarší typy

Použití:
U železničních vagónů ke zpomalení pohybu nebok jeho zastavení
U jeřábů k zajištěná břemena v určité poloze

A) Brzda jednočelisťová
Má jednu čelist uchycenou na otočné páce
Působíme-li nakonec páky silou (vyvozené např. rukou, pružinou, závažím) je čelist přitlačena k brzdnému kotouči
V třecí ploše mezi čelistí a brzdným kotoučem vzniká třecí síla, která působí proti směru otáčení brzdného kotouče

Čím větší silou působíme tím je větší brzdný účinek
Velikost vyvozené síly lze regulovat vhodnou velikostí páky

B) Brzda dvoučelisťová
Pracuje na stejném principu jako jednočelisťová brzda

Větší brzdný účinek (na brzdící kotouč působí třením dvě čelisti)

Použití: Jeřáby a výtahy

K ovládání se osvědčil elektrohydraulický odbrzďovač - Eldro:
- Brzda je za normální situace zabrzděnásilou pružiny - Chceme-li otočit brzdným kotoučem, musíme brzdu odbrzdit

- Provádí se to pomocí tlakového oleje, který se přivede pod píst - působí proti směru síly pružiny
- Tlakový olej je dopravován čerpadlem, které pohání elektromotor
- Úmyslným nebo neúmyslným přerušením elektrického proudu přestane čerpadlo dodávat tlakový olej síla pružiny opět přitlačí brzdné čelisti na kotouč

2. Brzdy pásové

Použití: Pro regulaci rychlosti spouštění břemenau menších zdvihacích zařízení a pro jeho zajištění v určité poloze

A) Pásová brzda jednoduchá
Brzdící účinek se mění v závislosti na směru otáčení brzdného kotouče - NEMOHOU se používat pro brždění pojezdů
Jeden konec brzdného pásu je uchycen v kloubu ovládací páky a druhý na páce samotné
V důsledku působení síly na konci páky dochází v třecích plochách mezi pásem a brzdným kotoučem ke vzniku třecí síly, která působí proti směru otáčení kotouče
V normálním stavu je brzda zabržděna(např. silou závaží, pružiny a odbrždění se provede překonáním této síly

B) Pásová brzda součtová
Od brzdy jednoduché se lišípouze způsobem uchycení brzdného pásu- oba jeho konce jsou uchyceny na páce - Umožnění plynulejšího brždění

C) Pásová brzda diferenciální
Největší brzdný účinek

3. Brzdy bubnové

Použití: U silničních motorových vozidel pro regulaci rychlostinebo k zastavení
K brzdnému bubnu jsou z vnitřní strany přitlačovány dvě čelisti, na jednom konci kloubově upnuty
Ovládání brzdy se provádí pomocí neokrouhlého kotouče, který při pootočení tlačí volné konce brzdných čelistí k brzdnému bubnu
Zpětný pohyb zajišťuje pružina
Neokrouhlý kotouč je ovládán mechanicky, hydraulicky, pneumaticky

4. Brzdy kotoučové

Ze všech brzdmají největší brzdný účinek

Použití:U silničních motorových vozidel - vytlačují brzdy bubnové

K brzdnému kotouči jsou z obou stran přitlačovány brzdné destičky (různých tvarů)
Přítlačná síla je vyvozená hydraulicky a zpětný pohyb realizuje pružina

Výhody:
Jednoduchá konstrukce
Snadná výměna opotřebovaných brzdných destiček

5. Brzdy kuželové

Použití:U ručních kladkostrojů, které mají větší účinnost převod nesamosvorným šnekem

Poklesu břemena brání rohatka se západkou a kuželová brzda, umístěná na hřídeli šneku v rohatce
Brzdu tlačí do záběru osová síla šneku
Brzda je automatická, neboť se brzdná síla zvětšuje úměrně s větší hmotností břemene

6. Brzdy špalíkové

Převážně kolové
Špalíky vozůbývajíz topolového dřeva, u železničních vagónů a lokomotiv z litiny
U železničních vagónů je je uspořádání podobné dvou čelisťové brzdě
Jsou ovládány vzduchovým brzdícím válcem, od něhož se brzdná síla přenáší na špalíky soustavou táhel a pák

2.3.6.1.2 HYDRODYNAMICKÉ HŘÍDELOVÉ BRZDY

• Použití: Dlouhodobé zatěžování motorů ve zkušebnách
• Pro výše zmíněný účel je dobré, aby ztráty v brzdě byli co největší
• Stator i rotor brzdy jsou opatřeny například kolíky, které proudění v brzdě co nejvíce znesnadní -> Všechna energie zmařená v brzdě se přeměňuje v teplo -> brzda se proto vydatně chladí tím, že kapalina v ní neustále cirkuluje mezi chladičem a brzdou
• Podle stupně naplnění vnitřního prostoru brzdy protékající kapalinou se vytvoří při otáčení rotoru prstenec různé hustoty, kterému lopatky (hroty) statoru kladou odpor -> vytváří se reakční brzdící moment, který se zjišťuje měřením tlakové síly na konci výkyvného ramene

2.3.6.1.3 ELEKTRICKÉ BRZDY

1. Brzdění 3~ asynchronních motorů

Nadsynchronní brzdění
Nejpoužívanější
Motor je břemene otáčen a pracuje jako asynchronní generátor při větším počtu otáček, než jsou synchronní, přitom vrací energii do sítě (rekuperace)
Na rychlost otáčení motoru má vliv:
- Hmotnost břemena
- Velikost zařazeného odporu (při velkém ohmickém odporu jsou velké otáčky)

Brzdění protiproudem
Jedná se o přepnutí motoru na zdvih břemena
Velmi účinný, ale odebírá ze sítě velký proud
Tvrdost brzdění se řídí velikostí vřazeného odporu

Brzdění stejnosměrným proudem
Do statorového vinutí se přivede stejnosměrný proud, který se získá v usměrňovači
Magnetické pole vytvořené stejnosměrným proudem indukuje v otáčejícím se rotoru střídavý proud
Vzájemným působení magnetických polí statoru a rotoru se získá brzdící moment

2. Brzdění stejnosměrných sériových motorů

Při spouštění břemene se přepne kontrolerem stroj do zapojení na cizí buzení, čímž je opět schopný rekuperace

2.3.6.2 ZDRŽE

Jednoduchá zařízení
Slouží k vyšší bezpečnosti provozu
Působí okamžitě a s velkou účinností
Použití: Pro zajištění polohy břemen u malých zdvihacích zařízení
Při zvedání břemena pohybu nebrání, ale pohyb opačného směru blokují

Zubová zdrž

Tvořená rohatkou (ozubené kolo s nesouměrnými zuby)a západkou
Rohatka je nasazená na hřídel lanového bubnu a pojištěná proti otáčení perem nebo klínem
Západka je na jednom konci uložená na čepu a druhý konec zapadá do zubních mezer rohatky
Při zvedání západka poskakuje po zubech rohatky
V opačném směru není pohyb možný protože západka zapadne do první zubní mezery a tím je blokován pohyb
Pro zvýšení bezpečnosti je západka přitlačována k rohatce pružinou
Při spouštění se musí západka nadzvednout a držet jí po celou dobu spouštění

Třecí zdrž

V jednom směru otáčení palec klouže po obvodu třecího kotouče a v pohybu nebrání
V opačném směru pohybu se "vzepře" a pohyb kotouče je zablokován
K "vzepření" palce dochází v důsledku tření, které vzniká mezi palcem a třecím kotoučem
Aby třecí zdrž působila vždy bezpečně MUSÍ být úhel dostatečně malý (velikost lze zjistit výpočtem či praktickým odzkoušením)
Palec bývá k třecímu kotouči přitlačován pružinou
Pro zvýšení účinnosti bývají třecí plochy kotouče provedeny jako klínové drážky -> zvýšení součinitele tření

2.4 UTĚSŇOVÁNÍ SOUČÁSTÍ A SPOJŮ

Utěsňování rozebiratelných spojů

Utěsňování přímým stykem

Podstata: Přímý styk obou těsnících ploch (kov na kov) -> musí být velmi jemně a přesně opracovány -> kvůli dokonalému styku
Účinnost je závislá na síle, která obě těsnící plochy "tlačí k sobě"
K vyvození síly se používají závitové spoje

Příklad:
Utěsnění ventilů v hlavě válce výbušného motoru
Spoj dvou trubek

Použití: Kde nelze použít jiný způsob:
Prostředí s agresivní látkou
Spoje vystavené vysokým teplotám

Utěsňování pomocí těsnění

Mezi těsnící plochy se vkládá těsnění, které musí:
- Být pružné a trvanlivé
- Vyplnit všechny nerovnosti
- Odolávat působení utěsňované pracovní látky

Výhoda: Stykové plochy nemusí být tak dokonale opracovány a přítlačná síla nemusí být tak velká (porovnání s utěsňování s přímým stykem)

Tvar těsnění je závislý na tvaru těsnící plochy
U přírubové spojů má těsnění tvar mezikruží obdélníkového/kruhového průřezu
- Obdélníkový průřez - Deskové
- Kruhový průřez - Tvářené
U hlav válců, převodových skříní, atd. má těsnění tvar těsnící plochy

Zhotovují se z různých materiálů:
Měkká: Papír, pryž, kůže, plast, osinek, měď, hliník, olovo
Tvrdá: Ocel -> pro dokonalost styku mají těsnění mírně vypouklé těsnící plochy

2.4.1 UTĚSŇOVÁNÍ POHYBUJÍCÍCH SE ČÁSTÍ STROJŮ

Ucpávky

Použití např.:
Pístová čerpadla (těsnění pístů a pístních tyčí)
Hydraulických zvedáků (pro těsnění válců)
Velké ventily a šoupátek (pro těsnění otočných šroubových vřeten)

Rozlišení dle materiálu:
Měkké
Tvořeny obvykle provazcem konopí, bavlny, korku, kůže, pryže, plastů
Provazec se vtlačuje do prostoru ucpávky nejčastěji pomocí šroubu a matice (dokud se celý prostor nevyplní -> zamezení úniku pracovní látky)

Kovové
Pro těsnění částí vystavené vysokým teplotám a tlakům
Tvar kroužků čtvercového nebo obdélníkového průřezu
Vyrobeny obvykle z těžkých kovů (měď, olovo a jejich slitiny)
MUSÍ být mazány !

Manžetové
Obvykle se vyrábí z pryže, kůže a jiných měkkých materiálů
Průřez připomíná písmeno U
K těsnícím plochám jsou přitlačovány tlakem utěsňované kapaliny -> větší tlak kapaliny= větší přítlačná síla
Pro vyšší účinnost se používá více těsnění za sebou

Těsnící kroužky

Pístní kroužky
Použití: Těsnění pístů spalovacích motorů (utěsňuje se spalovací prostor válce -> zamezení úniku spalovacích plynů a poklesu tlaku ve spalovacím prostoru
Vyráběny z kovů (nejčastěji šedá litina)
Tvar prstence, v jednom místě rozříznut -> tvoří tzv. zámek
Existují zámky
- Rovné
- Šikmé
- Ve tvaru Z
Počet kroužků je závislý na velikosti pístu a druhu stroje (obvykle 2 - 6)

Stírací kroužky
Stírají olej ze stěn válců -> zamezení úniku do pracovního prostoru

Oba druhy kroužků jsou uloženy v drážkách pístu s určitou vůlí, aby se mohly volně deformovat -> svojí pružností tlačí na stěny -> dokonalé těsnění

Hřídelová těsnění

Použití: Zamezení vniknutí nečistot do prostoru valivých ložisek

Druhy:
Gufero
Vnější plochou se zalisuje do válcového vybrání v rámu (stroje, převodovky, atd)
Vnitřní průměr MUSÍ PŘESNĚ odpovídat průměru utěsňované hřídele
Účinnost zvyšuje pružina, která vnitřní část přitlačuje k hřídeli

Odstřikovací kroužek
Princip: Odstředivé síly, které působí na částečky oleje ulpívající na rotujícím hřídeli je odstředivou silou vrhán na vnitřní plochu sběracího prostoru, po jeho stěnách stéká do sběracích kanálků, kterými je odváděn do olejové nádrže

Labyrintová těsnění

Použití: Utěsňování hřídelů parních a vodních turbín
Podstatou funkce je postupné snižování tlaku (postupná expanze), která probíhá v jednotlivých drážkách těsnění, až na tlak okolí -> Drážky se zahltí párou/vodou čímž se zamezí úniku

2.5 PŘEVODY

Výpočet převodů

i ... převodové číslo
Index 1 ... Hnací kolo
Index 2 ... Hnané kolo
n ... Otáčky
w ... Úhlová rychlost
D ... Průměr
z ... Počet zubů

2.5.1 TŘECÍ PŘEVODY

Převody se silovým stykem

K přenosurotačního pohybu a točivého momentu k kola hnacího na kolo hnané dochází v důsledku tření, které vzniká ve stykových plochách obou kol

Ke vzniku tření je zapotřebí, aby byli obě kola k sobě přitlačovány silou
- Síla je nejčastěji vyvozená pružinou
- Jedno kolo je uloženo pevně a druhé posuvně

Čím větší je tření, tím může být větší přenášený točivý moment

Převod je nepřesný- Dochází k prokluzu:

Velikost skluzu závisí na:
a) Velikost silového zatížení převodu

b) Velikost přítlačné síly
Malá přítlačná síla:

- Ve třecích plochách se nevytvoří dostatečně velké tření

- Při silovém zatížení dochází k prokluzu kol
Velká přítlačná síla:
- Velké zatížení ložisek
- Příčina zadření kol

c) Druh materiálu třecích kol (součinitel tření)

Velikost skluzu může činit až 10%

Přenáší menší točivé momenty - Přenášený výkon je omezen:
- Prokluzem
- Tvorbou pittingů (otlačení)
- Opotřebením (trvanlivostí)
- Ohřátím (zadřením)

Výhody:
Klidný, téměř bezhlučný chod
Tlumí rázy prokluzováním při:
- Proměnlivém zatížení
- Změně rychlosti
- Reverzaci (otočení smyslu otáčení)
- Rozběhu
Jednoduchá konstrukce
Malé požadavky na přesnost
Není třeba tažných elementů (řemeny, řetězy, lana)
Vyměnitelnost třecího obložení - Velká trvanlivost

Nevýhody:
Náchylnost k zadírání (při větších rychlostech a přítlačné síle)
Nestejnoměrně přenášený pohyb a výkon
Skluz (viz výše)
Velký tlak na hřídel a ložiska vyvolaný přítlačnou silou
Opotřebení kol, které narušuje kruhovitost- Neklidnost chodu

Použití:
Kde jsou požadavky na:
- Klidný a tichý chod
- Malou osovou vzdálenost třecích kol
- Není nutný přesný převod

Výpočet třecích převodů

Výpočet třecí síly:

Výpočet normálové síly:



Ft ... Třecí síla
Fn ... Přítlačná síla
k ... Součinitel bezpečnosti
f ... Součinitel tření
Mk ... Kroutící moment
D ... Průměr na kterém působí síla

Třecí kola

Materiály třecích kol:
Pryž, kůže:
- Velký součinitel tření
- Malá životnost
Kalená ocel:
- Velká životnost
- Malý součinitel tření

Materiál se volí podle požadavků, které jsou na třecí převod kladeny

2.5.2 ŘEMENOVÉ PŘEVODY

Patří mezi převody se silovým stykem
K přenosu točivého momentu z hnacího kola na hnané dochází v důsledku tření mezi řemenicí a řemenem

Velikost přenášeného momentu závisí:
1. Velikost napínací síly
2. Velikost součinitele tření materiálů řemene a řemenice
3. Velikost úhlu opásání
- Úhel styku řemene s řemenicí
- Úhel lze zvětšit použitím napínacího kola

Převod je nepřesný (ve stykové ploše mezi řemenicí a řemenem dochází ke skluzu)

Velikost skluzu je závislá:
1. Velikost přenášeného točivého momentu
2. Úhel opásání
3. Součinitele tření
4. Velikost napínací síly

Výhody

Velmi tichý chod
Pružný záběr - Tlumení kmitání, chvění
Snesou velmi vysokou obvodovou rychlost
Nízké náklady na provoz (není nutno mazat) - Nejlevnější převod
Možnost funkce: Pojistné spojky proti přetížení (prokluz)
Nevyžaduje přesnou výrobu a montáž

Nevýhody

Nezaručení stálého převodového poměru, tj. prokluz - nespolehlivá kinematika (výjimku tvoří ozubený řemen)

Nutné předepnutí
Přídavné namáhání ložisek a hřídelů
Vyvození předepnutí - napínací ústrojí:
- Zkrácení řemenu při nezměněné osové vzdálenosti
- Napínání kladkou (stálá osová vzdálenost), přitlačovanou závažím, pružinou nebo posuvem kladky
- Zvětšením vzdálenosti os (nejjednodušší, nejlevnější, nejjistější)
- Samonapínací tíhou hnacího motoru
- Reakčním momentem

Vytahování a opotřebení řemenů
Nízká tuhost převodu
Při prokluzu vzniká statická elektřina

Špatná odolnost vůči:
- Vysokým teplotám
- Vlhkosti
- Prachu
- Nečistoty (např. mastnoty)

Větší rozměry převodu

Použití

Kde jsou kladeny požadavky na:
- Velkou osovou vzdálenost kol
- Klidný a tichý chod
- Není nutný přesný převod

1. Převody plochými řemeny

Používá se zřídka, pouze v případě kdy je příliš velká vzdálenost řemenic
Pro zvětšení úhlu opásání se používají napínací kladky
Nejčastěji se používají kožené řemeny (vyrábí se z hovězí usně)

Konce řemenů se spojují:
Lepením
Sponami, svorkami
Sešitím

Řemeny se vyrábí v normalizovaných rozměrech
Řemenice se vyrábí z oceli nebo litiny s dostatečným opracováním funkčních ploch
Pro dobré vedení řemenu bývá vnější povrch řemenice mírně zaoblen (bombirován)

2. Převody klínovými řemeny

Častější použití než ploché řemeny - Větší účinnost -Tření v klínové drážce je větší než na rovinné ploše - Možnost přenosu většího točivého momentu

Možnost použití několika řemenů vedle sebe, u plochých řemenů to není možné

Tvar i rozměry klínových řemenů jsou normalizovány, u plochých to není možné
a) Klasický klínový řemen
Univerzálně použitelný
Maximální rychlost řemene: 30 m/s

b) Úzký klínový řemen (automobilový)
Převody nenáročný na prostor
Přenos velkých výkonů
Maximální rychlost řemene: 40 m/s

c) Výkonný klínový řemen
Pro přenos velkých výkonů v malém prostoru
Dobré ohybové vlastnosti (zuby na vnitřním obvodu)
Dobrá příčná tuhost díky příčným vláknům
Maximální rychlost řemene: 50 m/s

d) Dvojklínový řemen

Pro pohon několika řemenic s opačným smyslem otáčení
Vhodné pro střídavý ohyb
Maximální rychlost řemene: 30 m/s

e) Násobný klínový řemen
Vhodné pro velká rázová zatížení
Použitelné pro velké vzdálenosti os bez vodící kladky
Maximální rychlost řemene: 30 m/s
Nutná ochrana před znečištěním (nečistoty se zamačkávají do mezer mezi řemeny)

Klínový řemen je zhotoven ze tří vrstev:
Vnitřní vrstva je zhotovené textilními vlákny, které jsou zality v pryžové vložce
Vnější vrstva tvoří obal

Usazení řemenů v klínové drážce

Řemenic jsou zhotoveny z litiny, oceli nebo i plastů

Použití: např.
Dopravníky
Dřevoobrábějící stroje
Automobily

3. Převody ozubenými řemeny

Rozšiřují se až v poslední době
Spojují výhody řetězových a řemenových převodů
Řemen je vyroben z pryže nebo jiného vhodného materiálu
Na vnitřní části řemene je ozubení, které je i na obvodě řemenic
Nedochází k prokluzu
Tlumí rázy na rozdíl od řetězového převodu

2.5.3 LANOVÉ PŘEVODY

Místo řemene se používá lano
Vzdálenost mezi hnací a hnanou řemenicí může dosahovat i několika kilometrů
Pro zamezení velkého průhybu lana se používají podpěrné kladky, které zároveň lano vedou

Napínací zařízení musí zajistit:
Stálou velikost napínací síly
Vyrovnávat prodloužení či zkrácení lana v důsledku teplotních změn

Výhody:
Velká únosnost lan
Nízká cena
Vysoká účinnost
Nedochází k náhlému přetržení (více nosných pramenů)

Nevýhody:
Velké vytahování lan
Stálá kontrola
Velký tlak na hřídele a ložiska

Použití:
Lanové dráhy
Lyžařské vleky

2.5.3.1 LANA

Lana jsou normalizovaná
Musí se pravidelně kontrolovat -> zlomené a vyčnívající dráty se při prohlídce uštípnou -> pokud počet uštípnutých drátů překročí dovolenou mez lano se MUSÍ vyměnit

Pevnost drátků:
1 270 MPa
1 570 MPa
1 670 MPa
1 770 MPa

Lana se spojují splétáním

Druhy lan

Podle účelu:
Tažná
Nosná
Kotevní
Vázací

Podle materiálu:
Ocelová
Textilní (bavlna, konopí, umělá vlákna)

Šestipramenné lano
Druhy:
"Normální"
Seal
Warrington
Herkules

Šest pramenů -> každý se skládá z většího množství drátků
Prameny jsou navinuty "konopné duše" ->
- zabránění zploštění
- zvýšení ohebnosti
Konopná lana napuštěná mazivem -> při zatížení se vytlačuje mezi dráty
Lana vystavená vyšším teplotám mají duši ocelovou

Stejnosměrné lano
Má dráty a prameny navinuté v tomtéž smyslu

Protisměrné lano
Má dráty vinuty v opačném smyslu než prameny
Méně ohebné (než stejnosměrné)
Nemá snahu se rozkroutit a netvoří smyčky

2.5.4 ŘETĚZOVÉ PŘEVODY

Převody s tvarovým stykem
K přenosu rotačního pohybu a točivého momentu z hnacího kola na hnané dochází v důsledku přímého tvarového styku mezi zuby řetězových kol a řetězem

Nedochází k prokluzu -> Přesné převody

Výhody:
Stálý převodový poměr
Bezpečný přenos obvodové síly (bez skluzu)
Necitlivost vůči vnějšímu prostředí (vlhkost, prach, teplota)
Menší náročnost na předepnutí než u řemenů -> Menší zatížení ložisek hřídelů řetězových kol
Velká mechanická účinnost (až 98 %)
Snadná montáž a demontáž
Velká trvanlivost (u válečkových řetězů při dobrém mazání až 20 000 provozních hodin)
Možnost pohonu více pohonných hřídelů jedním řetězem

Nevýhody:
Hlučné
Netlumí rázy
Nerovnoměrný chod (u řetězového kola s malým počtem zubů)
Požadavek stavitelnosti vzdálenosti os hřídele
Zvětšování délky řetězu při opotřebení čepů a vytažení destiček
Nutnost určitého mazání

Řetězová kola se podobají ozubeným
Tvar zubů řetězových kol závisí na druhu řetězu
Pro zmenšení tření se řetězy mažou kapalnými nebo tuhými mazivy

Použití:
Kde jsou kladeny požadavky na:
- Přesný chod
- Velkou osovou vzdálenost řetězových kol
Zemědělské, zdvihací a transportní stroje

2.5.4.1 ŘETĚZY

U pomaloběžných strojů pracujících v těžkých podmínkách (např. v zemědělství) se používají řetězy jednodušší konstrukce
Lze je velmi lehce prodlužovat či zkracovat

U rychloběžných strojů (např. vozidla) se používají řetězy výrobně a konstrukčně složitější

Parametry řetězů:
Rozteč
Hmotnost 1 m řetězu
Pevnost řetězu při jeho přetržení
Velikost stykové plochy v kloubu

Článkové řetězy

Jsou sestaveny z kalibrovaných nebo nekalibrovaných článků
U velkých řetězů jsou články kované
Volba a velikosti článků řetězů vždy odpovídá průměru řetězových kol
Pro rychlosti do 1 m/s
Hlučné
Malá trvanlivost -> Užívají se v hrubých provozech a v prašném prostředí
Skoro se nepoužívají
Použití: U zdvihadel

Zubové řetězy

Mají zubový profil
Zubový článek se skládá z tvarových destiček, které jsou navlečeny na kalených čepech
Řetěz je poměrně těžký a drahý
Tichý chod
Vzhledem k velké hmotnosti řetězu je potřeba při vyšších rychlostech počítat s velkou odstředivou silou

Ewartovy řetězy

Řetěz je tvořen z uzavřených článků, které mají na jedné straně válcový čep a na straně druhé je otevřenou háková objímka, kterou je možno při určitém naklonění navléci z boku na čep dalšího článku
Materiálem je většinou temperovaná litina
Hlučné při provozu
Nepotřebují údržbu
Použití: Lehké pohony s rychlostí do 1 m/s, kde není nutná přesnost chodu (elevátory, zemědělské stroje)

Gallovy řetězy

Jsou sestaveny z čepů a pásnic
Čepy jsou na obou stranách osazeny a jsou na nich navlečeny pásnice
Konce svorníků jsou:
- Roznýtovány (nerozebíratelné spojení)
- Provrtány a zajištěné závlačkou (rozebiratelné spojení)
Malá provozní rychlost (do 0,5 m/s)
Mohou přenášet velká zatížení

Pouzdrové řetězy

Na čepech mají navlečená pouzdra
Vnější články: Navlečeny na čepech
Vnitřní články: Navlečeny na pouzdrech
Pro přenášení větších výkonů se užívají dvouřadé či třířadé varianty
Provozní rychlost je do 12 m/s (20 m/s při dobrém mazání)

Válečkové řetězy

Na pouzdrech vnějších i vnitřních článcích mají navlečeny volně otočné válečky
Válečky snižují tření při náběhu na řetězové kolo
Lze použít pro velké rychlosti až 15 m/S (např. u motocyklů)
Vyrábí se i jako dvouřadé či třířadé

Čepové řetězy

Řetěz se skládá z otevřených článků, které se spojují ocelovými čepy, uloženými nehybně v okách a otočně v článku
Materiálem řetězu je většinou temperovaná litina

2.5.5 PŘEVODY OZUBENÝMI KOLY

Přesný a nejčastěji používaný převod
Rotační pohyb je přenášen z hnacího kola na hnané tvarovým stykem mezi boky zubů na obou zabírajících kolech

Převodový poměr:
- Stálý
- Není ovlivněn přenášeným silovým zatížením

Používají se u všech strojů a zařízeních
Přenáší velké točivé momenty při malých ztrátách
Používají se při malé osové vzdálenosti spoluzabírajících kol

Výhody:
Relativně malé rozměry
Dobrá spolehlivost, životnost mechanická účinnost
Přesné dodržení převodového poměru
Schopnost přenosu velkých výkonů (do 150 kW) při obvodových rychlostech do 50 m/s (extrémně až do 150 m/s)
Schopnost dosažení relativně vysokých převodů
Malá náročnost na údržbu
Krátkodobá přetížitelnost

Nevýhody:
Hlučnost a chvění
Tuhá vazba neumožňuje tlumit rázy a dynamická zatížení
Malé osové vzdálenosti
Konstrukčně i výrobně složité -> Vyžadují speciální stroje a nástroje
Nároky na přesnost a tuhost uložení

Názvosloví:
Menší kolo: Pastorek
Větší kolo: Kolo