TVAROVÉ SPOJE HŘÍDELE S NÁBOJEM POMOCÍ PER, KLÍNŮ A DRÁŽKOVÁNÍ Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
ZÁKLADNÍ POJMY Hřídel je strojní součást válcovitého tvaru, na které jsou nasazena ozubená kola, řetězová kola, řemenice, kladky, pojezdová kola, spojky, brzdy, zdrže a jiné rotační i nerotační části, např. vačky, výstředné kotouče apod.) Pod pojmem náboj si lze představit nejen ozubené kolo, řemenici, kotouč spojky, ale např. i vidlici nebo rám jízdního kola, se kterými se spojují řídítka či sedlová trubka. Z hlediska způsobu přenosu momentů a sil mohou vzniknout spoje se silovým stykem a tvarovým stykem. Při silovém styku se tento přenos uskutečňuje třením, u tvarového styku tlakem mezi styčnými plochami. Může vzniknout i kombinace obou způsobů. Náboj je v podstatě válec se soustředným otvorem (náboj si rovněž můžeme představit jako část trubky ), který je součástí ozubeného kola, řemenice atd.
DĚLENÍ SPOJENÍ PODLE PROVEDENÍ Hřídel se vyskytuje téměř u každého stroje nebo zařízení. V různých podobách je najdeme u kladek, náprav železničních vagónů, motorových vozidel (převodovky, nápravy, ale i hřídelky různých kontrolních přístrojů), v ručičkových hodinách, obráběcích strojů, jízdních kol, šicích strojů atd. Dělení spojení podle provedení: spoj perem klíny drážkované hřídele svěrné a tlakové spoje
SPOJENÍ HŘÍDELE S NÁBOJEM - DRÁŽKOVÁNÍ Jedná se o spojení hřídele s nábojem tvarovým stykem síly i momenty jsou přenášeny pomocí styčných ploch na hřídeli a náboji. Drážkové spoje tvoří zuby vytvořené drážkováním hřídele do kterých zapadají drážky náboje a naopak. Používají se pro přenos velkých i rázových krouticích momentů nebo tam, kde je z konstrukčních důvodů požadován krátký náboj. Drážkové spoje nezajišťují proti osovému posuvu náboje na hřídeli. Jsou vhodné pro přesuvné náboje na hřídeli. Drážkové spoje je možné středit na vnitřní průměr, vnější průměr a na boky zubů.
DRUHY DRÁŽKOVÝCH SPOJŮ Drážkování rovnoboké - ČSN ISO 14 (Normalizovaná řada lehká, Normalizovaná řada střední) Drážkování evolventní - ČSN 01 4950 ČSN 01 4955 Drážkování jemné - ČSN 01 4933
DRÁŽKOVÁNÍ ROVNOBOKÉ U válcových hřídelů je normalizované v lehké a střední řadě s vnitřním středěním (na vnitřní průměr). Obě řady mají stejný počet zubů, stejné odstupňování vnitřního průměru, stejný počet i šířku drážky. Liší se vnějším průměrem drážkování (střední řada má větší průměr). Používá se pro velké, rázové a střídavé krouticí momenty a u přesuvných nábojů.
DRÁŽKOVÁNÍ ROVNOBOKÉ
DRÁŽKOVÁNÍ EVOLVENTNÍ U evolventního drážkování se používá středění na boky drážek nebo vnější. Častější je středění na boky drážek, vnější středění pouze tam, kde je nutná přesná souosost hřídele a náboje. Profily drážek a zubů jsou tvořeny evolventami s úhlem profilu 30. Používá se pro velké a rázové krouticí momenty a u přesuvných nábojů. Náboj lze na hřídeli přesadit o malý úhel.
DRÁŽKOVÁNÍ EVOLVENTNÍ
DRÁŽKOVÁNÍ JEMNÉ U jemného drážkování může být až 78 drážek (počet se řídí normou a je závislý na průměru hřídele) s vrcholovým úhlem v rozmezí 47 63. Jemné drážkování méně zeslabuje hřídel. Používá se pro velké krouticí momenty a je nevhodné pro přesuvné náboje. Náboj lze na hřídeli přesadit o velmi malý úhel. Příkladem použití jemného drážkování je uchycení torzní tyče.
DRÁŽKOVÁNÍ JEMNÉ Obrázek 5.3. Drážkování jemné.
PEROVÉ SPOJE Nejčastějším způsobem spojení hřídele s nábojem je použití pera. Jedná se o hranolovitou součást, jejíž konce jsou z důvodu výroby drážky v hřídeli zaobleny. Pero je vsazeno z ½ své výšky v uzavřené drážce na hřídeli a druhá ½ výšky pera je v drážce v náboji, která je z výrobních a montážních důvodů provedena přes celou délku náboje. Pera i rozměry drážek jsou normalizovány. Protože hřídel má rotační tvar, nemají drážky přesně stejnou hloubku v hřídeli (t) a v náboji (t 1).
PŘENOS KROUTICÍHO MOMENTU POMOCÍ PERA
OZNAČENÍ CHARAKTERISTICKÝCH ROZMĚRŮ PERA Na šířku (b) je pero uloženo v drážkách přesně, na výšku (h) a délku (l) je uloženo s vůlí
PEROVÉ SPOJE Pera se svým tvarem se podobají žlábkovým podélným klinům, ale na rozdíl od nich nemají úkos. Pero se při montáži vsadí do drážky, která je vytvořena na hřídeli i v náboji. Krouticí moment u perového spojení je přenášený tlakem na boky pera. Pera jsou normalizované součástky a jich průřez b x h je vyjádřený v závislosti od průměru hřídele. Vyrábějí se v těchto základných tvarech: těsné pera s zaobleným koncem těsné pera s rovným koncem vodící pera s jedním nebo dvěma přídržnými šrouby úsečové pera - WOODRUFFOVA PERA
NORMALIZOVANÉ SPOJOVACÍ PERA a,b - výměnné, c,d - vodíci, e úsečové
TĚSNÁ PERA Používají k spojení hřídeli s kotoučem, ozubenými kolami, řemenicemi a pod., tj. tam, kde musí byt dodržená souosost a vyloučené osové házeni. Spojení perem nejsou vhodné pro střídavé anebo rázové zatížení, protože změnou smyslu zatížení a rázem dochází k otlačení sten drážky a pera, čím se spoj uvolní. Náboj perového spoje se musí axiálně zajistit, protože mezi nábojem a hřídelem nevzniká tření, které by zamezilo posuvu náboje.
TĚSNÁ PERA Axiální pojištění perového spoje
VODÍCÍ PERA Používají pro spojení hřídele s axiálně posuvným nábojem, anebo jestli dochází k časté demontáži např. u výměnných ozubených kol. Pero má v drážkách náboje a hřídele vůli a proto se musí zajistit proti posuvu vlivem tření a vypadnutí. Podle délky pera se používá jeden nebo dva přídržné šrouby.
POUŽITÍ VODÍCÍHO PERA U KUŽELOVÉ TŘECÍ SPOJKY
ÚSEČOVÉ PERA - WOODRUFFOVA PERA Používají pro malé krouticí momenty a v případě jestli je náboj umístněný na konci hřídele. Úsečové pero vyžaduje velkou hloubku drážky do hřídele, čím se sníží jeho pevnost a zvětší vrubový účinek. Jeho využití v technické praxi je zřídkavé.
ÚSEČOVÉ PERO NA KONCI HŘÍDELE
KLÍNOVÉ SPOJE Klíny se používají k rozebíratelnému spojení součástek přenášejících krouticí moment anebo osovou sílu. Podle polohy podélné osy klína vzhledem k ose spojovaných součástek se klínové spoje rozdělují: s podélným klínem s příčným klínem
PODÉLNÉ KLÍNY Klíny mají tvar hranolu s podélným úkosem 1 : 100, který jim zabezpečuje samosvornost. Tvar a rozměry jsou dané normou a přirazené jsou k průměru hřídele. Vyrábějí se ve dvou provedeních: bez nosu s nosem
PODÉLNÉ KLINY: A) BEZ NOSU, B) S NOSEM
KLÍNOVÉ SPOJE Rozděleni podélných klinů podle způsobu dosednutí na hřídel (obr 5.14): klin dutý (A) klin ploský (B) klin drážkový (C) klin tangenciální (D) klin čtvercový (E) klin kruhový (F)
DRUHY KLÍNŮ DRÁŽKOVÝ KLÍN
KLÍNOVÉ SPOJE Podélné kliny (A), (B), (D), (E), (F) se v technické praxi málo používají. Nejčastěji se používá drážkový klin (C) (obr. 5.15). Drážkový klin se zaráží mezi náboj a hřídel do drážek vytvořených v náboji (s úkosem) a v hřídeli (bez úkosu). Krouticí moment u spojení je přenášený třením mezi klinem a hřídelem, nábojem a hřídelem a tlakem klinu na dno a bok drážky.
PŘÍČNÉ KLINY Příčné kliny se používají na axiální spojeni strojných součástek zatažených velkými tahovými anebo tlakovými silami, tj. silami kolmými na os klinu. Spoj vyžaduje přesné zalícovaní a proto se používá len v případech, kdy je nutná rychlá montáž a demontáž. Typickým příkladem použití příčných klinů je spojení křižáka s pístnicí u starších typů parných lokomotiv. Příčný klin spojuje součástky bez předpětí anebo s předpětím. Spojení bez předpětí se používá pro poklidné zatížení, spojení s předpětím pro proměnlivé zatížení. Průřez klinu je obdélníkový se zaoblenými hranami. Úkos je vytvořen na jedné straně, který se volí 1 : 10 anebo 1 : 25.
PŘÍČNÝ KLIN