Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Transkript

1 Katedra konstruování strojů Fakulta strojní Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1 Podklady k přednáškám část F1 Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. a kol. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 PRO ÚPLNOST Kapitola F K INFORMACI POTŘEBNÉ DŮLEŽITÉ HŘÍDELOVÉ SPOJKY 1. HŘÍDELOVÉ SPOJKY ZÁKLADNÍ POZNATKY 2. MECHANICKÉ SPOJKY NEROZPOJOVANÉ 3. MECHANICKÉ SPOJKY OVLÁDANÉ 4. MECHANICKÉ SPOJKY AUTOMATICKÉ 2

3 1 HŘÍDELOVÉ SPOJKY ZÁKLADNÍ POZNATKY DŮLEŽITÉ Charakteristika (konstrukční znakové vlastnosti - znaky) Strojní části (stavební orgány), jejichž funkcí je umožnit přenos točivého momentu a pohybu mezi dvěma blízkými otočnými částmi technického zařízení (TS), jejichž osy otáčení mohou (obecně) být: totožné mírně různoběžné mírně mimoběžné Tato funkce je často kombinována s dalšími funkcemi (které pak obvykle bývají hlavními): omezit přenášený točivý moment tlumit torzní kmity umožnit vyrobení rozměrného dílu (jeho rozdělením) umožnit montáž a demontáž (zařízení po částech) eliminovat změny polohy spojovaných částí (vlivem geometrických nepřesností, poddajností, tepelné roztažnosti, apod.) 3

4 Podle principu a způsobu přenosu točivého momentu a otáčení (tj. podle funkčního/pracovního principu a způsobu) lze spojky roztřídit na: POTŘEBNÉ 1. Mechanické spojky a) nerozpojované (za provozu trvale spojené): (nepružné) pevné (trubkové, korýtkové, přírubové/kotoučové, s čelním ozub.) (nepružné) vyrovnávací (trubkové, kolíkové, ozubcové, s křížovým kotoučem, s klouby, zubové) pružné (kotoučové, s integrovanými pruž. tělesy, s vloženými pruž. tělesy, obručové a talířové, s kovovými pružinami, membránové) b) ovládané (mechanicky, hydraulicky, pneumaticky, elektromagneticky), se změnami spojení řízenými z okolí spojky: zubové (čelní, válcové) třecí (kotoučové/diskové, lamelové) c) automatické / poloautomatické, se změnami spojení řízenými plně/zčásti spojkou pojistné (destruktivní, vysmekávací, prokluzovací) rozběhové (práškové, segmentové) volnoběžné (axiální princip, radiální princip) 4

5 2. Hydraulické spojky: POTŘEBNÉ a) hydrodynamické s uzavřeným okruhem (neřízené, samočinně řízené, řízené) s otevřeným okruhem b) hydrostatické 3. Elektrické spojky: a) asynchronní s vírovou kotvou s klecovou kotvou b) synchronní s reluktanční kotvou s buzenou kotvou 4. Magnetické spojky (bez dalšího členění) Poznámky: - Uvedené třídění vychází z ČSN , u mechanických spojek je však použito upravené výstižnější funkční strukturování a označení. 5

6 DŮLEŽITÉ Podle zabezpečování dílčích funkcí lze na spojce rozlišit (dílčí stavební orgány): část hnací (spojení s hnací částí tech. zařízení) část hnanou (spojení s hnanou částí tech. zařízení) část spojovací (spojení mezi hnací a hnanou částí spojky) Pokud je spojka "symetrická" (rozměrově, hmotnostně, ale zejména "funkčně"), je rozlišení hnací a hnané části stanoveno pouze zvolenou orientací v technickém zařízení. U řady druhů "nesymetrických" spojek je však správná orientace hnací a hnané části spojky (vůči hnací a hnané části technického zařízení) nutnou podmínkou jejich správné funkce. Poznámky: Spojky se pro svoji dobrou typizovatelnost většinou navrhují, vyrábějí a dodávají jako komponenty. Téměř výhradně to platí pro všechny typy mechanických "nemechanicky" (tj. elektromagneticky, hydraulicky a pneumaticky) ovládaných spojek a do značné míry i pro spojky hydraulické, elektrické a magnetické, které se však používají jen ve speciálních případech. Informace pro použití hromadně vyráběných spojek je nutné vyhledat v katalogu výrobce, příp. ve speciální odborné literatuře. Dále jsou proto uvažovány pouze převážně používané mechanické spojky, přičemž je pozornost soustředěna především na individuálně navrhovatelné a vyrobitelné typy. 6

7 1.2 Vnější zatížení spojky Charakteristické hodnoty provozního zatížení DŮLEŽITÉ M t V = M t (max) [Nm] výpočtový (max.) přenášený točivý moment vlivem provozních (dynamických) jevů M t = M t (stat) [Nm] ustálený (stat.) přenášený točivý moment vyplývající z max. jmenovitých (jm.) parametrů technického zařízení (systému): M t = P jj W ω jj s 1 = 10 3 P jj kk 2π n jj mmm 1 60 = 9550 P jj kk n jj mmm 1 NN P jj = M t ω jj W = NN s n jj = 9550 P jj ω jj ; ω jj = P jj M t mmm 1 = kk NN s 1 = W NN Poznámka: Pro speciální typy spojek jsou významné i další charakteristické hodnoty provozního zatížení, např. počet sepnutí, rozdílnost otáček spojovaných částí při spínání apod. 7

8 Stanovení výpočtového přenášeného momentu DŮLEŽITÉ (A) Hrubé výpočty M t V = c dyn. M t [Nm] kde: c dyn [1] provozní ( dynamický ) součinitel určovaný z tabulek, příp. diagramů (v odb. literatuře): Poznámka: pro tuhé spojky pro spojky s pružným členem a podle typu (pracovní charakteristiky): hnacího stroje (motor elektrický, vznětový apod.) hnaného stroje (dynamo, čerpadlo, vrtačka, drtič apod.) (a) zjednodušeně bez uvažování dalších faktorů (b) přesněji i s uvážením max. a min. zátěžného točivého momentu M tmax a M tmin a (redukovaných) hmotnostních momentů setrvačnosti I 1 a I 2 před a za spojkou Orientačně lze uvažovat c dyn { 1(stat), 2 (dyn) } 8

9 K INFORMACI (B) Zpřesněné výpočty a) pomocí zjednodušeného náhradního modelu: Redukovaná torzní soustava se ("topologicky") nahradí tuhou částí před spojkou a za spojkou, které se spojí nehmotnou torzní pružinou (často vyjadřující pouze torzní tuhost spojky ksp = k NN RRR ): M t V se pak řeší ze zatížení tohoto modelu proměnnými momenty M t1 a M t2 na hnací a hnané straně spojky (např. pomocí pohybových diferenciálních rovnic) podle vztahů v odb. literatuře. Poznámka: - Tento způsob výpočtu velmi zjednodušuje sestavení dynamického modelu, neboť (zejména) "napevno" určuje, že uzel kmitání je v místě spojky. Výsledky jsou proto, i přes zahrnutí vlivů kmitání rovněž spíše orientační (s větší přesností pro soustavy s výrazně poddajnou spojkou). 9

10 K INFORMACI b) pomocí dynamicky ekvivalentního modelu Redukovaná torzní soustava se (teoreticky přesně) nahradí dynamicky ekvivalentním diskrétním modelem o zvoleném počtu stupňů volnosti (rovném počtu hmot modelu) např.: M tv se pak řeší ze zatížení tohoto modelu proměnnými momenty M t1 a M t2 na hnací a hnané straně spojky (nejprve např. pomocí pohybových diferenciálních rovnic celé soustavy jako při předchozím (méně přesném) způsobu řešení a pak pomocí dynamické rovnováhy v místě spojky pro známé zatížení a pohyb "hmoty se spojkou"). Potřebné vztahy lze nalézt ve spec. odborné literatuře. 10

11 DŮLEŽITÉ 1.3 Obecné poznatky pro návrh a hodnocení (tj. pro docílení požadovaných a predikci posuzovaných vlastností) HLEDISKA - ÚNOSNOST A PEVNOST (A) Pro spojky "katalogové" ("hotové", "nakupované") (tj. pro spojky dodávané a používané jako komponenty) Základní podmínka: kde: M jm [Nm]... jmenovitý moment spojky - největší točivý moment, který může spojka (podle údajů výrobce) trvale přenášet. Poznámka: - U mechanicky ovládaných spojek s přenosem točivého momentu třecími plochami se navíc rozlišuje/označuje: M dyn = M jm [Nm]... dynamický moment spojky - největší přenášený točivý moment, při němž třecí plochy mírně prokluzují (v 1 m s -1 ) M st (> M dyn ) [Nm]... statický moment spojky - největší přenášený točivý moment, při němž třecí plochy neprokluzují (f st > f dyn ) 11

12 POTŘEBNÉ Ostatní podmínky: Podle provozních podmínek a typu spojky je však nutné splnění i všech dalších obecných i speciálních požadavků, např.: únavovou pevnost připojovaných částí na hnací i hnané straně spojky při dynamickém zatěžování apod. tepelnou odolnost pracovních ploch třecích spojek při častějším vypínání a zapínání apod. Poznámka: - při návrhu katalogové spojky obvykle: M t V, ost. požadavky M jm, typová vel. spojky - při hodnocení katalogové spojky obvykle: bezpečnost M t V, ost. požadavky, M jm, typová vel. spojky 12

13 POTŘEBNÉ (B) Pro spojky "konstruované" ("vyráběné","nenakupované") (tj. pro spojky konstruované u výrobce) V tomto případě je nutno postupovat u jednotlivých druhů spojek individuálně podle jejich stavební struktury. Tvůrcem "konstruovaných" spojek je však i každý výrobce katalogových spojek. Z tohoto důvodu nejsou již dále opakovány triviální případy návrhu a hodnocení pro případné použití uvedených spojek podle katalogu a jsou v případě potřeby uváděny pouze (základní) poznatky pro návrh stavební struktury a jejich hodnocení predikovaných vlastností. Poznámka: - Ve všech dále uvedených případech obecně platí: při návrhu spojky obvykle: M t V, ost. požadavky rozměry, materiály... při hodnocení spojky obvykle: bezpečnost M t v, ost. požadavky, rozměry, materiály,... 13

14 DŮLEŽITÉ OSTATNÍ HLEDISKA Obecné konstrukční principy pro spojky mají mít co nejjednodušší vnější rotační tvary bez výstupků (pokud nelze zajistit, je nutné zakrytovat bezpečnost) mají být co nejméně hmotné ( m i I ) pro vysoké rychlosti otáčení mají být navíc celé obrobeny, příp. vhodně upraveny pro dynamické vyvážení mají být snadno rozebíratelné mají být umisťovány co nejblíže ložiskům (aby byl přídavný ohybový moment od hmotnosti spojky co nejmenší) 14

15 Děkuji za pozornost Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/ Inovace výuky podpořená praxí.